【正文】 第一項為比例（P）部分，第二項為積分（I）部分，第三項為微分(D)部分，各變量的意義如下：Kp調(diào)節(jié)器的比例增益；TI調(diào)節(jié)器的積分時間（再調(diào)時間），以秒或分為單位；TD調(diào)節(jié)器的微分時間（預調(diào)時間），也以秒或分為單位；本設計溫度控制部分，采用PID調(diào)節(jié)。其調(diào)節(jié)子程序如下如。剛開始，采集進來的信號與給定信號的偏差比較大。所以此時閥門開度最大，顯示為100%開度。經(jīng)過一段時間的PID調(diào)節(jié)，采集與給定信號的偏差幾乎為零。由圖可見。此時，輸出的控制量幾乎不變，閥門開度基本維持恒定。溫度PID調(diào)節(jié)子程序面板如下圖。開始設定SP=3，PV=2，相當于給PID調(diào)節(jié)子程序一個階躍信號，則由于比例積分作用，輸出從50開始增加，直到100，進入積分飽和階段，維持100不變。此時，再設定SP=1，則又給一次反向階躍信號，由于微分作用，輸出降為0。同時反向進行積分，直到反向積分飽和，維持100不變。 溫度PID調(diào)節(jié)子程序前面板 溫度PID調(diào)節(jié)子程序程序框圖如下： 溫度PID調(diào)節(jié)子程序的程序框圖二、壓力調(diào)節(jié)子程序當溫度調(diào)節(jié)結(jié)束后，就開始對硫化罐內(nèi)壓力進行控制。此階段，只對采集進來的壓力值和實時給定壓力值求偏差。然后輸出控制量0或1，去決定排氣閥的開關狀態(tài)。壓力調(diào)節(jié)子程序前面板如下圖。剛開始，SP=0, PV=1, PVSP0, 此時輸出數(shù)字量1；當把SP設為2時，由于PVSP0，此時則輸出數(shù)字量0。 壓力調(diào)節(jié)子程序前面板壓力調(diào)節(jié)子程序的程序框圖如下圖。 壓力調(diào)節(jié)子程序的程序框圖 輸出子程序 下圖為溫度壓力控制系統(tǒng)輸出子程序的前面板。它可進行輸出通道、輸出波形采樣方式和采樣率的選擇，同時可對輸出波形最大值和最小值進行設定。通過輸出子程序?qū)腜C機送出一個控制量，再通過外部一些放大器、手操器等設備，進而去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作。 輸出子程序前面板 下圖為輸出子程序的程序框圖。 輸出子程序的程序框圖 總面板及程序框圖設計 實驗室模擬溫度控制系統(tǒng)軟件設計在現(xiàn)有的實驗條件下，只能實現(xiàn)了一個智能溫度控制系統(tǒng)。傳感器選用Pt100，溫度調(diào)理模塊為SCCRTD01。前面板選用選項卡結(jié)構(gòu)，包括三部分：溫度采集部分，溫度給定部分和溫度PID調(diào)節(jié)部分。程序框圖見附錄A。本系統(tǒng)的調(diào)試環(huán)境為室溫環(huán)境，所以采集進來的信號應該是一個室溫值。此面板功能包括：溫度給定和采集曲線的同步顯示，溫度PID調(diào)節(jié)輸出控制量曲線，給定、采集和輸出控制量的實時數(shù)值顯示，PID參數(shù)調(diào)節(jié)和緊急停止按鈕。由圖中曲線可以看到，給定溫度符合工藝要求，采集溫度也符合現(xiàn)場室溫環(huán)境。輸出控制量為0~5V電壓，再通過外接模塊或轉(zhuǎn)換電路把電壓轉(zhuǎn)換為4~20mA電流送往執(zhí)行機構(gòu)。在開始由于測量值大于設定值，偏差為正，所以輸出控制量為最小值0V，對應驅(qū)動電流4mA，使進氣閥開度關閉，不再進熱氣。當兩條曲線相遇后，測量值又小于給定值，偏差小于0，則輸出控制量最大值5V，對應驅(qū)動電流20mA，使閥門開度增大，增大進熱氣量。 智能溫度控制系統(tǒng)面板一 。該面板可以實現(xiàn)給定曲線的實時顯示以及曲線參數(shù)的設定，通過此參數(shù)的設定可以改變曲線的形狀。 智能溫度控制系統(tǒng)面板二 智能溫度控制系統(tǒng)面板三。圖中曲線為采集的一個室溫環(huán)境所對應的電壓信號。查Pt100傳感器分度表，室溫按30℃。再經(jīng)過標度變換，℃。本面板功能包括：采集通到、采集模式、采樣率、和最大最小值的設定，采集電壓曲線的顯示和標度變換后的溫度值顯示。 實際現(xiàn)場溫度壓力控制系統(tǒng)軟件設計本設計總面板采用選項卡結(jié)構(gòu)，其中包括數(shù)據(jù)采集參數(shù)設定及曲線顯示；給定參數(shù)設定及曲線顯示；標度變換參數(shù)設定及曲線顯示；溫度壓力調(diào)節(jié)參數(shù)設定及實時曲線顯示和輸出參數(shù)設定五部分。各部分具體介紹如下。數(shù)據(jù)采集參數(shù)設定及曲線顯示正是選項卡的第一項，如下圖。它實現(xiàn)了溫度壓力采樣通道、采樣率和采樣方式的設定以及采樣曲線的實時顯示。同時為顯示效果更佳，可對曲線最大值和最小值進行設定。 總面板—溫度壓力采集部分溫度壓力給定參數(shù)設定及曲線顯示部分為選項卡的第二項，如下圖?？梢詫崿F(xiàn)給定曲線的顯示和實時數(shù)值的顯示。最重要的是本面板可以實現(xiàn)曲線的參數(shù)設定，即曲線的形狀可以由各參數(shù)的設定而決定。—溫度壓力給定部分 總面板—溫度壓力標度變換部分溫度壓力標度變換參數(shù)設定及曲線顯示為面板選項卡的第三項。它同樣可以實現(xiàn)變換曲線的顯示及實時數(shù)值顯示；各重要參數(shù)的設定；通過參數(shù)的設定可以決定曲線的形狀，既標度變化的關系。溫度壓力調(diào)節(jié)參數(shù)設定及實時曲線顯示部分為前面板選項卡的第四項，如下圖。其功能包括，給定曲線及現(xiàn)場采集曲線的顯示、給定和采集的實時數(shù)值顯示、輸出控制量的數(shù)值顯示、PID參數(shù)設定、手自動開關切換及顯示、進氣閥開度顯示、排氣閥開關狀態(tài)顯示以及緊急停止按鈕。其中，溫度為PID調(diào)節(jié)，由溫度調(diào)節(jié)器輸出的控制量來調(diào)節(jié)進氣閥的開度。在此期間，排氣閥處于關閉狀態(tài)。而壓力是由壓力調(diào)節(jié)器輸出的0或1信號去驅(qū)動排氣閥的開關狀態(tài)。排氣閥選為氣開閥，考慮到工藝要求及安全問題。故輸出為0閥關，1閥開。在降壓階段，進氣閥是關閉的。當進入飽壓階段，則由于時間的推移，溫度下降會使壓力降低。這時進氣閥則打開，進行補氣。 總面板—溫度壓力調(diào)節(jié)部分 溫度壓力輸出部分為前面板選項卡的第五項，如下圖。它可實現(xiàn)對溫度壓力進行PID控制后，控制量的輸出。進而一步去控制執(zhí)行機構(gòu)，對閥進行動作。實現(xiàn)對現(xiàn)場的溫度壓力的控制。就面板直觀可以進行輸出通道、輸出采樣方式和輸出采樣率的設定。 總面板—溫度壓力輸出部分本設計最核心的內(nèi)容就是總程序的設計。其中程序框圖起到直接控制硫化罐內(nèi)溫度壓力的作用，而前面板的作用是一些參數(shù)的設定、曲線的顯示等等。所以說程序框圖是所有設計當中的一個難點和重點。本設計總的程序框圖見附錄B。第六章 系統(tǒng)調(diào)試本設計軟件部分包括溫度壓力給定信號的設定、現(xiàn)場溫度壓力的采集程序、以及標度變換程序、PID控制程序以及最終控制量的輸出程序五個子程序。各子程序的設計過程是比較困難的，但也是一個非常好的學習的機會。經(jīng)過一段時間的學習后，初步有了一個設計的思想。便開始各個子程序的設計，在不斷反復的學習及上機操作，一個個子程序已經(jīng)初步形成。但是各個子程序要想準確的運行起來還是需要進一步的調(diào)試，調(diào)試同樣是一個困難而又必不可少的過程。因為一個程序員編寫好的程序，必須要經(jīng)過上機調(diào)試，確保無誤后，才可放心的提供給需求方。LabVIEW的程序錯誤[17]大致可以分為硬件連接錯誤、I/O接口錯誤、程序結(jié)構(gòu)和邏輯錯誤。程序結(jié)構(gòu)和邏輯錯誤是最常見的錯誤。程序調(diào)試利用快捷工具欄中的“運行”、“高亮執(zhí)行”、“斷點設置”進行。 找出語法錯誤　如果存在語法錯誤，則當啟動快捷工具欄的“運行”按鈕時，該按鈕變成一個折斷的箭頭，程序不能被執(zhí)行。單擊該按鈕，則將彈出錯誤清單窗口，窗口列出錯誤的項目，然后單擊其中任何一個所列出的錯誤，單擊“顯示錯誤”功能按鈕，則出錯的對象或端口就會變成高亮。在“詳細信息”欄里有詳細的錯誤原因，也可以單擊“幫助”功能按鈕打開幫助窗口，窗口中詳細說明了出錯原因以及解決辦法。 慢速跟蹤 運行利用快捷工具欄中的“高亮執(zhí)行”按鈕，該圖標變成高亮形式，再單擊“運行”按鈕，程序就以較慢的速度運行。沒有被執(zhí)行的代碼呈灰色顯示，執(zhí)行后的代碼呈高亮顯示，并顯示數(shù)據(jù)流上的數(shù)據(jù)值。這樣，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)流流動狀態(tài)，跟蹤程序的執(zhí)行。 斷點與單步執(zhí)行使用斷點工具可以在程序的某一地點終止程序執(zhí)行，用探針或者單步執(zhí)行方式查看數(shù)據(jù)。用工具模板上的“斷點”工具，單擊希望設置或者清除斷點的地方，該處即為所設置的斷點。當VI程序運行到斷點設置處，程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點。單擊單步執(zhí)行按鈕，閃爍的節(jié)點被執(zhí)行，下一個將要執(zhí)行的節(jié)點變?yōu)殚W爍，表明它將要執(zhí)行。也可以單擊快捷工具欄中的“暫停”按鈕。這樣，程序?qū)⑦B續(xù)執(zhí)行到下一個斷點。 設置探針通過設置探針來查看框圖程序流流經(jīng)某一根連線的數(shù)據(jù)值。當探針設置完畢以后會出現(xiàn)一個探針顯示窗口。該顯示窗口中的數(shù)據(jù)即為該連線上的數(shù)據(jù)值。運行VI時，在框圖程序窗口的工具條中選擇Highlight Execution按鈕，LabVIEW會在框圖程序上實時地顯示程序執(zhí)行的進程，每一條數(shù)據(jù)連線、每一個端口中流過的數(shù)據(jù)。本設計調(diào)試過成感覺最困難，也是最繁瑣的就是每個程序的循環(huán)部分。各子程序的循環(huán)部分相對還是比較容易的，只要各自給一個自循環(huán)，基本是在反復幾次的調(diào)試后，就可以按我們預期的效果執(zhí)行了。比較困難的是在各個子程序調(diào)通后，想要把他們正確的連在一起，實現(xiàn)最終的功能。這個困難在反復的修改及不斷的堅持調(diào)試后，最終整個程序終于可以準確順利的執(zhí)行了?？?結(jié) 前六章已經(jīng)對本設計進行了詳細的講述，在此對前面所講的內(nèi)容進行一個總結(jié)。本設計為輪胎硫化過程，對硫化罐內(nèi)溫度和壓力的控制系統(tǒng)。先是對溫度進行控制。其中溫度控制需要對九點溫度進行控制，包括硫化罐內(nèi)上、中、下層的溫度，每層需要采集三個點。使的各個點的溫度嚴格按照給定曲線變化。給定曲線是按照工藝要求來編制程序而實現(xiàn)的。溫度的控制是由PID控制程序?qū)崿F(xiàn)的。經(jīng)過PID調(diào)節(jié)以后輸出一個控制量，這個控制量去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，進而去控制進氣閥（開度閥）的開度。 對溫度控制后，硫化罐內(nèi)具有一定的壓力。這時，將對罐內(nèi)壓力進行控制。壓力控制只需采集罐頂一點壓力，并嚴格按照給定壓力曲線控制。經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器后，輸出一個0或1的控制量。該控制量去控制排氣閥（開關閥）的開關狀態(tài)。本設計是基于虛擬儀器做的一個智能溫度壓力控制系統(tǒng)。整個設計的操作界面是在基于LabVIEW而設計的前面板上，這部分在第五章已經(jīng)詳細講述過。而整個設計的控制過程是由基于LabVIEW的程序框圖而決定。其中操作界面非常清晰直觀，包括參數(shù)的輸入、曲線的顯示以及緊急停止按鈕等等功能。而且圖形化程序也是非常直觀明了，閱讀及修改都非常方便。最重要的是基于虛擬儀器開發(fā)的設計有以下優(yōu)點：軟件使得開發(fā)與維護費用低；關鍵是軟件；價格低，可重復用，可重配置性強；用戶定義儀器功能；技術(shù)更新周期短（1～2年）；開放，靈活，與計算機同步發(fā)展；與網(wǎng)絡及外設互聯(lián)方便。本設計也不例外，同樣具有以上優(yōu)點。 參 考 文 獻1. 潘少永,虛擬儀器技術(shù)研究[D],解放軍信息工程大學,20052. 周彥豪,董智賢,陳福林,劉洪濤,[J],中國橡膠,2003,20(4):2026.3. [J],輪胎工業(yè),2005,25(2):109111.4. 梁垂燕,孫萬亮,[J],輪胎工業(yè),2006,26(9):557560.5. 王英雙,／氮氣硫化理論分析及數(shù)學模型的建立[J],橡膠工業(yè)，2007,54(3):172174.6. 聶宗瑤,馬修水,[J],微機應用與自動控制,2007,33(4):5558.7. [D],西安建筑科技大學,20078. [M],北京:機械工業(yè)出版社,2008,5870.9. [M],北京:北京航空航天大學出版社,2004,92108.10. 程德福,[M],北京:機械工業(yè)出版社,2005,1042.11. 李鄧化,彭書華,[M],北京:科學出版社,2007,81102.12. 周航慈,朱兆優(yōu),[M],北京:北京航空航天大學出版社,2005,2645.13. 、設計與發(fā)展[M],長沙:中南大學出版社,2006,1023.14. 翁維勤,[M],北京:化學工業(yè)出版社,2002,7093．15. [D],西安科技大學,200616. [D],吉林大學,200517. [D],南昌大學,200618. National Instruments Corporation,LabVIEW User Manual[M],2006,5360.19. 宋智征等,基于LabVIEW的PID參數(shù)自適應模糊控制器設計[D],北京科技大學,200320. Eike Begamann,輪胎硫化的設備和方法[J],橡膠譯叢,1980,(2):2942. 附錄A致 謝本設計是在王志春老師的指導下完成的，讓我感受到了理論與實際相結(jié)合所帶來的完美。在這次設計中，老師給我們提了很多的建議和意見。老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和認真的工作精神給了我們深刻的啟發(fā)和鼓勵。在此，我對老師在工作和生活中的指導和關心致以最真誠的謝意。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里也請接受我誠摯的謝意。我曾經(jīng)以為，人生的某個階段只是一個過渡，是為了到達另一個階段。有人問我，那你認為人生哪一個階段不是過渡呢？其實，人生的每一個階段都值得我們珍惜，因為每一個你正在過著的日子，正是最真實的生活?！伴L風破浪會有時，直掛云帆濟滄海?！边@是我少年時最喜歡的詩句。就用這話作為這篇論文的一個結(jié)尾，也是一段生活的結(jié)束。希望自己能夠記取少年時的夢想，永不放棄。