【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 開關(guān)熱電阻燃料供應(yīng)子系統(tǒng)D/A油爐溫度(3) 系統(tǒng)原理框圖2. 方案2 (1) 硬件組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示器、集成的熱電偶溫度變送器、固態(tài)繼電器［5］、大功率發(fā)熱器、LED顯示器。(2) 工作原理：由集成的熱電偶變送器對(duì)系統(tǒng)溫度進(jìn)行檢測(cè)，并完成信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化、變送功能。單片機(jī)執(zhí)行模糊控制功能、由固態(tài)繼電器控制大功率發(fā)熱器電源的導(dǎo)通與斷開，從而達(dá)到控制溫度的目的。TL255189C2051固態(tài)繼電器LED顯示DDZ—Ⅲ熱電偶溫度變送器鍵 盤電爐溫度 方案2的原理框圖(3) 系統(tǒng)原理框圖 3. 方案3(1) 硬件組成：工控機(jī)、集成的熱電偶溫度變送器、A/D轉(zhuǎn)換器、LCD顯示器、調(diào)節(jié)閥、燃料供應(yīng)子系統(tǒng)。(2) 工作原理：在系統(tǒng)中，先由工控機(jī)發(fā)出波形（此波形為理想控制過(guò)程），經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入到工控機(jī)，作為給定量（給定量是變化的）[3]。熱電偶溫度變送器作為測(cè)量工具，對(duì)溫度變量進(jìn)行檢測(cè)，并輸出到A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換后輸出到工控機(jī)。工控機(jī)利用模糊算法，根據(jù)給定量與測(cè)量量的偏差進(jìn)行模糊運(yùn)算，得出模糊輸出量，控制調(diào)節(jié)閥的開啟程度，自動(dòng)的調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒爐內(nèi)的燃?xì)猓瑥亩鸬搅苏{(diào)節(jié)溫度的目的。燃油供應(yīng)子系統(tǒng)用于供應(yīng)燃油。LED顯示器用于實(shí)時(shí)的顯示測(cè)量的溫度。(3) 系統(tǒng)原理框圖波形生成LCD顯示+A/D工控機(jī)開關(guān)熱電偶溫度變送+燃料供應(yīng)系統(tǒng)D/A 方案3的原理框圖油爐溫度 論證分析(1) 每個(gè)方案都采用了不同的處理器，方案1用PLC為模糊控制器，在進(jìn)行A/D、D/A轉(zhuǎn)換和LED顯示時(shí)出現(xiàn)許多難題，如引腳不夠用，數(shù)據(jù)并行輸入輸出困難（可以通過(guò)外部加入模擬輸入模塊來(lái)解決，但價(jià)格昂貴）、及內(nèi)部編程復(fù)雜等諸多不便。而方案2和方案3采用了單片機(jī)及工控機(jī)，能夠很好的解決上述問題。(2) 方案1采用的是分立的熱電阻，還要經(jīng)過(guò)處理制作成測(cè)量工具，在測(cè)量精度及抗干擾性等方面都不能滿足要求。而方案3采用的是集成的熱電偶溫度變送器，具有冷端溫度補(bǔ)償、零點(diǎn)調(diào)整、零點(diǎn)遷移、量程調(diào)整以及線性化等功能。只要稍許的調(diào)整變送器即可很好的完成任務(wù)。(3) 方案1和方案2采用了價(jià)格便宜的LED顯示器，而方案3采用了相對(duì)昂貴的LCD顯示器。雖然LCD顯示器在顯示方面有其優(yōu)越性，可以多行顯示、文本顯示。但本系統(tǒng)中只要求實(shí)時(shí)顯示溫度即可，所以LED顯示器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。(4) 方案2采用了模擬的PWM變換的方法，較其它兩種方案可以減少一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，節(jié)約了成本。(5) 方案1和3采用燃料作為能量供應(yīng)，而方案2采用電能。方案1與方案3要考慮多方面的影響。如燃油的燃燒效率問題（通過(guò)采樣油爐排氣口的氧氣濃度完成），即要檢測(cè)的變量有兩個(gè)，爐內(nèi)溫度和排氣口的氧氣含量。而方案2可以減少裝配燃油子系統(tǒng)所用的成本，只有一個(gè)檢測(cè)量，減小了運(yùn)算難度，還可以省去因?yàn)槿剂系娜紵斐傻拇髿馕廴?，保護(hù)環(huán)境。綜上所述：方案2是無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)方面、科學(xué)性還是從實(shí)現(xiàn)的容易程度、環(huán)境保護(hù)上都優(yōu)于其它兩個(gè)方案，不失為最佳的選擇。最終方案論述：很顯然，方案2較其它兩種方案相比無(wú)論在經(jīng)濟(jì)上和實(shí)現(xiàn)容易程度上都要好。同時(shí)三種方案都存在著同一個(gè)問題，那就是在其內(nèi)部怎么進(jìn)行模糊運(yùn)算。由于模糊運(yùn)算是基于模糊數(shù)學(xué)的一種新型控制方法，其運(yùn)算包括模糊化、模糊推理、解模糊等過(guò)程，而且還有很多的矩陣運(yùn)算，而這些運(yùn)算對(duì)于單片機(jī)、或者PLC以及工控機(jī)來(lái)說(shuō)都要用很復(fù)雜的編程（高級(jí)語(yǔ)言）才能實(shí)現(xiàn)。模糊控制算法發(fā)展到今天，已經(jīng)成功的解決了這個(gè)問題。在離線時(shí)將其矩陣運(yùn)算部分做好，留給處理機(jī)要完成的就只需查一個(gè)模糊表了。這種方法能夠很好的完成模糊控制過(guò)程中大量的運(yùn)算的問題，減少了編程的難度和處理機(jī)做這些運(yùn)算所花費(fèi)的時(shí)間。方案2在實(shí)行控制的時(shí)候不像其它方案采用D/A轉(zhuǎn)換后再控制調(diào)節(jié)閥的方法，而是直接外接一個(gè)固態(tài)繼電器，通過(guò)內(nèi)部改變定時(shí)器的中斷時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)一個(gè)周期內(nèi)電子開關(guān)的導(dǎo)通和斷開時(shí)間。這樣既節(jié)省了材料也可以很大程度上減少硬件電路的結(jié)構(gòu)。綜上所述方案2有如下的特點(diǎn)：(1) 在完成所要求的任務(wù)的基礎(chǔ)之上還有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、明了的特點(diǎn)，很容易實(shí)現(xiàn)，而且在一定的程度上節(jié)約成本。(2) 由于采用了離線的方法進(jìn)行模糊運(yùn)算，很大程度上的減少了編程的麻煩，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易。(3) 采用了無(wú)污染能源，保護(hù)環(huán)境。同時(shí)也省去了為建造燃料供應(yīng)子系統(tǒng)的費(fèi)用，節(jié)約了成本。采用了模擬的PWM變換，和固態(tài)繼電器?？梢詫⒉蓸宇l率提高到很多的水平，使控制結(jié)果更準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性、控制效果更好。第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分組成。本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)硬件和軟件的每一個(gè)部分進(jìn)行了分析，在后半部分還對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行了訪真與程序調(diào)試。硬件和軟件的每一個(gè)壞節(jié)都是深思熟慮而成，各自完成相應(yīng)的功能并組成一個(gè)統(tǒng)一的整體。 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件由電源電路，溫度檢測(cè)變送電路、模數(shù)接口轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)系統(tǒng)和人機(jī)接口等部分組成。系統(tǒng)電源為整個(gè)系統(tǒng)提供電能；溫度檢測(cè)變送電路將檢測(cè)到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)輸入到模數(shù)接口轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)接口轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)；單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)以模糊控制算法為基礎(chǔ)求出控制值，控制執(zhí)行器的運(yùn)行及溫度的顯示。 電源電路由于整個(gè)系統(tǒng)都是用單片機(jī)和各類芯片及電阻、電容組成的，其工作電壓為＋5V，不需要負(fù)電壓，可采用三端固定正電壓集成穩(wěn)壓器7805系列的芯片［6］。其輸出電壓5V，按輸出電流不同可分為78M078L05。從整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)看，其中有幾塊集成芯片和多個(gè)電阻、電容等器件，其功率總和應(yīng)在2W左右，所以考慮整個(gè)系統(tǒng)的功率裕量，采用78M05作為整個(gè)系統(tǒng)的供電芯片。： 電源電路 其中輸入電壓為交流220V，再進(jìn)行整流。整流可通過(guò)四個(gè)二極管進(jìn)行全波整流，也可以利用集成整流堆來(lái)進(jìn)行（同原理）。后面接電容CC2為濾波電容進(jìn)行濾波，注意電解電容應(yīng)該要有一定裕量，否則不能起到很好的濾波效果。本電路中使用的電容大小為470uf,耐壓為25伏。78L05的輸出級(jí)接入兩個(gè)濾波電容，用于減小因?yàn)殡娫床▌?dòng)對(duì)系統(tǒng)造成的影響和濾波。其不需要采用大容量的電解電容器，容量大小為100uf耐壓為25伏，便可減少因?yàn)殡娫床▌?dòng)的影響和濾去紋波，很好地改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。然而，隨之產(chǎn)生一個(gè)弊端，即一旦78M05的輸入出現(xiàn)短路時(shí)，輸出端大電容上存儲(chǔ)的電荷，將通過(guò)集成穩(wěn)壓器內(nèi)部放電，可能會(huì)造成內(nèi)部電路的損壞，故在其間跨接一個(gè)二極管，為放電提供放泄通路，對(duì)集成穩(wěn)壓器起到了分流保護(hù)作用［6］。 溫度檢測(cè)與變送環(huán)節(jié)信號(hào)的檢測(cè)變送包含兩個(gè)方面，一是檢測(cè)環(huán)節(jié)，另一個(gè)是變送環(huán)節(jié)。檢測(cè)環(huán)節(jié)至關(guān)重要，檢測(cè)元件的選型關(guān)系到檢測(cè)的精度和變送環(huán)節(jié)中信號(hào)變送的容易程度。在溫度的檢測(cè)過(guò)程中一般用熱電阻和熱電偶完成，熱電阻一般用在檢測(cè)精度要求不是很高的地方，而熱電偶則在靈敏度上比熱電偶更好，檢測(cè)精度能比熱電阻有一個(gè)數(shù)位的差異［7］。檢測(cè)與變送設(shè)備主要根據(jù)被檢測(cè)參數(shù)的性質(zhì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體考慮來(lái)決定。被檢測(cè)參數(shù)性質(zhì)的不同，準(zhǔn)確度要求、響應(yīng)速度要求的不同以及對(duì)控制性能要求的不同都影響檢測(cè)、變送器的選擇，要從工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)性加以綜合考慮。應(yīng)遵循以下原則：1. 可能選擇測(cè)量誤差小的測(cè)量元件。2. 盡可能選擇快速響應(yīng)的測(cè)量元件與變送設(shè)備。3. 對(duì)測(cè)量信號(hào)作必要的處理。a. 測(cè)量信號(hào)校正。b. 測(cè)量信號(hào)噪聲（擾動(dòng)）的抑制。4. 對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行曲線線性化處理。溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最常見、最基本的參數(shù)之一。所以，溫度的檢測(cè)與控制是自動(dòng)控制工程的重要任務(wù)之一。測(cè)量溫度的方法有兩種，一種是接觸式、另一種是非接觸式。接觸式測(cè)量的主要特點(diǎn)是：方法簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量精度高。但是由于測(cè)溫元件要與被測(cè)介質(zhì)接觸進(jìn)行熱交換，才能達(dá)到平衡，因而產(chǎn)生了滯后現(xiàn)象。同時(shí)測(cè)量體可能與被測(cè)介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)。此外測(cè)量體還受到耐溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高溫度的測(cè)量。非接觸式測(cè)溫是通過(guò)接收被測(cè)介質(zhì)發(fā)出的輻射熱來(lái)判斷的。其主要特點(diǎn)是：測(cè)溫原則上不愛限制；速度較快，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)休進(jìn)行測(cè)量。但是它受到物體的輻射率、距離、煙塵和水汽等因素影響，測(cè)溫誤差較大。由于本系統(tǒng)中測(cè)量的對(duì)象為電爐，測(cè)量溫度在0~100℃左右，且介質(zhì)為水，不易與測(cè)量體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。所以理所當(dāng)然選擇接觸式的溫度測(cè)量方式更為理想。目前工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常用的接觸式溫度測(cè)溫原理、： 各類傳感元件的特點(diǎn)和使用場(chǎng)合［7］測(cè)溫原理溫度計(jì)名稱測(cè)溫范圍℃主要特點(diǎn)體積變化固體熱膨脹雙金屬溫度計(jì)200~700 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，適用于就上測(cè)量，傳送距離不很遠(yuǎn)氣體熱膨脹玻璃液體溫度計(jì)液體熱膨脹壓力式溫度計(jì)200~600電阻變化利用尸體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)鉑、銅、鎳、銠、鐵熱敏電阻270~900準(zhǔn)確度高，能遠(yuǎn)傳，適用于低、中溫測(cè)量鍺、碳、金屬氧化物熱敏電阻利用金屬的熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)普通金屬熱電阻200~1800測(cè)量范圍廣，精度高，能遠(yuǎn)傳，適用于中、高溫測(cè)量貴重金屬熱電阻難熔金屬熱電阻非金屬熱電阻從表中所列的各種溫度測(cè)量?jī)x表中，機(jī)械式大多用于就地指示；輻射式的精度較差，只有電的測(cè)溫儀表精度較高，信號(hào)又便于傳送。所以熱電偶和熱敏電阻溫度計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中得到了廣泛地應(yīng)用。熱電偶溫度計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中極為廣泛。它具有測(cè)溫精度高，在小范圍內(nèi)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度基本呈單值、線性關(guān)系，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，測(cè)溫范圍寬，響應(yīng)時(shí)間較快等特點(diǎn)。其使用時(shí)一定要注意冷端溫度補(bǔ)償，在一般情況下采用補(bǔ)償電橋的方法較多。其具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程見下面的分析過(guò)程。熱電阻溫度計(jì)是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的性質(zhì)來(lái)測(cè)量溫度的。常用的有鉑電阻、銅電阻、半導(dǎo)體熱敏電阻等，但與熱電偶相比較，在精度上，熱電偶精度比熱電阻高。變送器在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中擔(dān)任了把傳感器檢測(cè)到的信號(hào)變成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（DC 4~20mA或DC 1~5V），從而使處理器能夠識(shí)別數(shù)據(jù)的級(jí)別，便于在自運(yùn)控制過(guò)程中進(jìn)行運(yùn)算和做出相應(yīng)的處理決策。DDZ173。Ш熱電偶溫度變送器可以把溫度轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（DC4~20mA或DC1~5V），其輸出送顯示儀表或調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的顯示或自動(dòng)控制。DDZШ熱電偶溫度變送器具有熱電偶冷端溫度補(bǔ)償、零點(diǎn)調(diào)整、零點(diǎn)遷移、量程調(diào)整以及線性化等重功能。其具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1) 采用了線性集成電路，提高了儀表的可靠性、穩(wěn)定性及各項(xiàng)技術(shù)性能。(2) 熱電偶溫度變送器中采用了線性化電路，使變送器的輸出電流。或電壓信號(hào)和被測(cè)溫度（輸入信號(hào)）成線性關(guān)系。(3) 線路中采用了安全火花防爆措施，幫可用于危險(xiǎn)場(chǎng)所中的溫度測(cè)量變送。由以上分析，我們可以得出結(jié)論，DDZШ熱電偶溫度變送器是一種集成的自動(dòng)化溫度傳感變送器，在量程和精度上都完全滿足設(shè)計(jì)中溫度測(cè)量、變送的要求。 模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)不能直接處理模擬信號(hào)，所以必須將熱電偶檢測(cè)到的溫度模擬信號(hào)變化成數(shù)字信號(hào),單片機(jī)才能做出相應(yīng)的處理。按照設(shè)計(jì)指標(biāo)，精度要求在177?！?。采用8位A/D轉(zhuǎn)換器如果設(shè)定其成比例關(guān)系，即0~255，0℃~100℃?！妫耆珴M足要求，但考慮要留有一定的裕量，即100℃不能為255，雖然這個(gè)問題可以用調(diào)整變送器的方法來(lái)解決。但這其中又隱含了另外一個(gè)問題即將溫度的檢測(cè)值到十進(jìn)制溫度轉(zhuǎn)換的計(jì)算，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果每增加一個(gè)單位值，這需要用二進(jìn)字浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。意味著在有限的存儲(chǔ)空間里面要存儲(chǔ)浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘、除和二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換程序等；并且因?yàn)闇囟仁峭ㄟ^(guò)鍵盤輸入到存儲(chǔ)器中的所以輸入的溫度值也要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，這就大大的加長(zhǎng)了程序運(yùn)行的時(shí)間同時(shí)也就減短了A/D轉(zhuǎn)換所占用的時(shí)間和溫度的采樣點(diǎn)數(shù)，直接影響了其控制精度。同時(shí)很大程度上加大了編程的難度，其在邏輯思維上、程序轉(zhuǎn)換上都有較大的難度。要滿足精度要求，而且還