【導(dǎo)讀】工業(yè)自動化涉及的范圍很廣，過程控制是其中最重要的一個分支。過程控制覆蓋了很多工業(yè)部門，例如石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織等部門，在國民經(jīng)濟中所占有的地位極其重要。根據(jù)實際應(yīng)用領(lǐng)域和工藝過程。的不同，所采用的控制方式及其側(cè)重點也不相同。而在大量的工業(yè)生產(chǎn)中燃燒都是。必要的一環(huán)，從燃燒角度來說，有燃油、燃煤、燃氣的區(qū)別。安全性控制、節(jié)能控制等。本文僅以燃油蒸汽鍋爐為例說明燃燒系統(tǒng)中具有一定普。遍性的控制問題。本次課題的目的就是基于生產(chǎn)實際的需求，針對蒸汽壓力控制、其主要采用了MATLAB中的SIMULINK工具箱進行仿。真，通過模擬示波器中的波形來調(diào)節(jié)參數(shù)，改良控制效果。導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。的個人和集體均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。

　　

【正文】 量、位置和距離等未知參數(shù)時， A/D 轉(zhuǎn)換器的任務(wù)就是把傳感器輸出的電流或電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字 量，以便計算機進行控制和計算。大多數(shù)廣泛使用的 A/D 轉(zhuǎn)換器都是利用把未知的電壓和已知電壓進行比較的原理而工作的。它可以通過 D/A 轉(zhuǎn)換器通過軟件控制完成，也可以由硬件完成。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇。當前 A/D 轉(zhuǎn)換電路的型號很多。但是，它們在精度、速度和價格上的差別也很大。產(chǎn)品中選用 0809A/D 轉(zhuǎn)換器，在精度、速度和價格等方面都屬中等，這對一般實時控制、數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品來講是合適的。 ADC0809 有 8個通道的模擬量輸入，在程序控制下，可令任意通道進行 A/D 轉(zhuǎn)換并可得到相應(yīng)的 8位二進制數(shù)字量。由于 0809 要 求轉(zhuǎn)換時的時鐘信號頻率不能高于 640kHz（當頻率為 640kHz 時，轉(zhuǎn)換速度約為 100μ s），本產(chǎn)品采用 250kHz。 介紹 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖 36所示，圖中多路開關(guān)可選通 8個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對 A、 B、 C 3 個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 圖 36 ADC0809 引腳圖 ADC 0809IN 1IN 3IN 4IN 5IN 6IN 7STARTE 0 CD 30 ECLOCKVccVref (+)GNDD 1IN 2IN 0ADDAADDBADDCALED 7D 6D 5D 4D 0Vref ( )D 2長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 25 ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖。 對 ADC0809 主要信號引腳的功能說明如下： IN7～ IN0—— 模擬量輸入通道 A、 B、 C—— 地址線。 通道端口選擇線， A 為低地址， C 為 高地址，引腳圖中為 ADDA， ADDB 和 ADDC。 ALE—— 地址鎖存允許信號。對應(yīng) ALE 上跳沿， A、 B、 C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 START—— 轉(zhuǎn)換啟動信號。 START 上升沿時，復(fù)位 ADC0809； START 下降沿時啟動芯片，開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持低電 平。本信號有時簡寫為 ST. D7～ D0—— 數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片 機的數(shù)據(jù)線直接相連。 D0 為最低位， D7 為最高 OE—— 輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻； OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 CLK —— 時鐘信號。 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號。 EOC—— 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的 狀態(tài) 標志，又可作為中斷請求信號使用。 Vcc—— +5V 電源。 Vref—— 參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 D/A 通道 D/A 轉(zhuǎn)換器實際上是一種把數(shù)字量變成模擬量信號的器件。其輸出有兩種形式：電流輸出和電壓輸出，電壓又分為單極性輸出和雙極性輸出。 D/A 轉(zhuǎn)換器根據(jù)電阻網(wǎng)絡(luò)的不同，可分為權(quán)電阻譯碼 D/A 轉(zhuǎn)換器、 T 型網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器以及 T 型 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 26 權(quán)電阻 譯碼 D/A 轉(zhuǎn)換器等。本次設(shè)計我所采用的 D/A 通道為最常用的 R2RT 型網(wǎng)絡(luò)。整個網(wǎng)絡(luò)由相同的電路環(huán)節(jié)組成。每個環(huán)節(jié)有二個電阻、一個開關(guān)。與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)一樣，開關(guān)是用二進制位進行控制的。 2. D/A 轉(zhuǎn)換器選擇 選用 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器 0832， 0832 由 8 位數(shù)據(jù)輸入寄存器、 8 位 DAC 寄存器和 8位 D/A 轉(zhuǎn)換器三部分組成。它是電流輸出型的，即將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電流量輸出。 Iout1 與 Iout2 的和是常數(shù)，它們的值隨 DAC 寄存器的內(nèi)容成線性變化。但是，在單片機的產(chǎn)品中，往往需要電壓信號輸出，為此，將 電流輸出再通過運算放大器μ A741，即可得到轉(zhuǎn)換電壓輸出了。如圖 37所示。 介紹 圖 37 DAC0832 引腳圖 DAC0832 是雙列直插式 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量 (電流 )輸出的轉(zhuǎn)換。圖 11 為 DAC0832 的引腳圖。其主要參數(shù)如下：分辨率為 8 位，轉(zhuǎn)換時間為 1μ s，滿量程誤差為177。 1LSB，參考電壓為 (+10～ 10)V，供電電源為 (+5～ +15)V，邏輯電平輸入與 TTL 兼容。從圖 11中可見，在 DAC0832 中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的 允許鎖存信號為 ILE，第二級鎖存器稱為 DAC 寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號 /XFER。 當 ILE 為高電平，片選信號 /CS 和寫信號 /WR1 為低電平時，輸入寄存器控制信號為 1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當 /WR1 由低電平變高時，控制信號成為低電平，此時，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù) DB 的變化而變化。 DAC 0832CS1WRAGNDD 3D 2D 1D 0VrefRfbDGNDVccILE2WRX F E RD 4D 5D 6D 7Iout 1Iout 2長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 27 對第二級鎖存來說，傳送控制信號 /XFER 和寫信號 /WR2 同時為低電平時， 二級鎖存控制信號為高電平， 8位的 DAC 寄存器的輸出隨輸入而 變化，此后，當 /WR2由低電平變高時，控制信號變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到 DAC 寄存器中。 其余各引腳的功能定義如下： (1)、 DI7～ DI0 ： 8 位的數(shù)據(jù)輸入端， DI7為最高位。 (2)、 IOUT1 ：模擬電流輸出端 1，當 DAC 寄存器中數(shù)據(jù) 全為 1時，輸出電流最大，當 DAC 寄存器中數(shù)據(jù) 全為 0 時，輸出電流為 0。 (3)、 IOUT2 ：模擬電流輸出端 2， IOUT2與 IOUT1的和為一個常數(shù)，即 IOUT1＋ IOUT2＝常數(shù)。 (4)、 RFB ：反饋電阻引出端， DAC0832 內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所 以 RFB端可以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣相當于將一個反饋電阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之間。 (5)、 VREF ：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負電壓，它決定 0至 255 的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度， VREF范圍為 (+10～ 10)V。 VREF端與 D/A 內(nèi)部 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。 (6)、 Vcc ：芯片供電電壓，范圍為 (+5～ 15)V。 (7)、 AGND ：模擬量地，即模擬電路接地端。 (8)、 DGND ：數(shù)字量地。 4. DAC0832 的工作方式 DAC0832 可處于三種 不同的工作方式： 直通方式 ：當 ILE 接高電平， CS 、 1WR 、 2WR 和 XFER都接數(shù)字地時， DAC處于直通方式， 8 位數(shù)字量一旦到達 DI7～ DI0 輸入端，就立即加到 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，被轉(zhuǎn)換成模擬量。例如在構(gòu)成波形發(fā)生器的場合，就要用到這種方式，即把要產(chǎn)生基本波形的數(shù)據(jù)存在 ROM 中，連續(xù)取出送到 DAC 去轉(zhuǎn)換成電壓信號。 單緩沖方式 ：只要把兩個寄存器中的 任何一個接成直通方式，而用另一個鎖存器數(shù)據(jù)， DAC 就可處于單緩沖工作方式。一般的做法是將 2WR 和 XFER都接地，使 DAC 寄存器處于直通方式，另外把 ILE 接高電平， CS 接端口地址譯碼信號， 1WR接 CPU 的 WR 信號，這樣就可以通過一條 MOVX 指令，選中該端口，使 CS 和 1WR 有 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 28 效，啟動 D/A 轉(zhuǎn)換。 雙緩沖方式 ：主要在以下兩種情況下需要用雙緩沖方式的 D/A 轉(zhuǎn)換。需在程序的控制下，先把轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸入輸入緩存器，然后在某個時刻再啟動 D/A 轉(zhuǎn)換。這樣，可先選中 CS 端口，把數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器；再選中 XFER端口，把輸入寄存器內(nèi)容寫入 DAC 寄存器，實現(xiàn) D/A 轉(zhuǎn)換。 在需要同步進行 D/A 轉(zhuǎn)換的多路 DAC 系統(tǒng)中，采用雙緩沖方式，可以在不同的時刻把要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)打入各 DAC 的輸入寄存器，然后由一個轉(zhuǎn)換命令同時啟動多個DAC 轉(zhuǎn)換。先用 3 條輸出指令選擇 3 個端口，分別將數(shù)據(jù)寫入各 DAC 的輸入寄存器，當數(shù)據(jù)準備就緒后，再執(zhí)行一次寫操作，使 XFER變低同時選通 3 個 D/A 的 DAC 寄存器，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換。 隔離器 光電離合器能可靠地實現(xiàn)信號隔離，并易構(gòu)成各種狀態(tài)。當信號隔離，遠距離傳送作為隔離的光電離合器件，通常有高速型和普通型兩種形式。 傳感器的選擇 溫度測量元件主要是指傳感器，它是信號輸入通道的第一道環(huán)節(jié)，也是決定整個測試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。由于傳感器技術(shù)的發(fā)展非常迅速，各種各樣傳感器應(yīng)運而生，所以大多數(shù)測試系統(tǒng)設(shè)計者只需要從先有傳感器器產(chǎn)品中正確地選用而不必自己另行研制傳感器。要正確選用傳感器，首先要明確所設(shè)計的系統(tǒng)需要什么樣的傳感器，系統(tǒng)對傳感器的技術(shù)要求；其次是要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可以選擇的傳感器，把同類產(chǎn)品的指標和價格進行對比，從中挑選合乎要求的性能價格比最高的傳感器。這是正確選用傳感器的主要依據(jù)。 我們知道測量溫度的傳感器就有：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體 PN 結(jié)、IC 溫度傳感器、光纖溫度傳感器等 。由于同一被測量的不同類型的傳感器具有不同的特點和不同的價格，不同類型溫度傳感器的測量范圍、精度、使用條件也不同。所以要選擇測量范圍和價格比適合自己設(shè)計要求的傳感器應(yīng)。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 29 由于溫度是一個狀態(tài)量，從超低溫到超高溫測量范圍較寬，而本設(shè)計的控制溫 度為 1000 度，故從各種資料中可以清楚的知道應(yīng)該采用的傳感器為熱電偶。因為 它是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、測量范圍寬的溫度傳感器， 尤其是在 1000 度左右的高溫范圍內(nèi)更顯其優(yōu)越性，在冶金、鍋爐及熱工儀表領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，目前 仍然是監(jiān)測溫度的主要傳感器之一。 本次設(shè)計采 用的是常用的是熱電偶傳感器，下面將對傳感器熱電偶作簡要說明。 熱電偶傳感器的工作原理 當兩種不同的導(dǎo)體兩端相連，組成一個閉合回路，如兩個接頭出有不同的溫度T 和 T0，則回路中便有電流，這種電流稱為溫差電流，這個環(huán)路便構(gòu)成所謂的溫差電偶或熱電偶，產(chǎn)生電流的電動勢稱為溫差電動勢，其數(shù)值一般只與兩個接頭的溫度有關(guān)。熱電偶的兩個接點，一個為工作端或熱端（ T），測量時將它置于被測溫度場中；另一個稱為自由端或冷端（ T0），一般要求恒定于某一溫度。 熱電偶傳感器的接觸電勢 在熱電偶回路中 ，所產(chǎn)生的熱電勢除了有溫差電動勢的貢獻外，還有接觸電動勢。我們知道不同的導(dǎo)體的自由電子的密度是不同的，當兩個不同的導(dǎo)體接觸連接在一起時，就會產(chǎn)生電子的擴散。由此在兩個導(dǎo)體間產(chǎn)生了電動勢，稱為接觸電動勢。對于兩處接觸的導(dǎo)體，分別用符號 ? ?ABeT和 ? ?0ABeT表示。 根據(jù)理論可得推倒結(jié)果： ? ? ? ? ? ?00,A B A B A BE T T e T e T?? （式 31） 式中： ? ?ABeT和 ? ?0ABeT— 導(dǎo)體 A、 B的接觸點在溫度 T 和 T0 時形成的電勢差； 當熱電極 A、 B 選定后，熱電勢 ? ?0,ABE TT 是兩接點溫度 T 和 T0 的函數(shù)差，即 ? ? ? ? ? ?00,ABE T T f T f T?? （式 32） 如果冷端溫度 T0 保持不變，則 ? ?0fT =C（常數(shù)），此時， ? ?0ABET就成為 T的 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 30 單值函數(shù)，即 ? ? ? ? ? ?0,ABE T T f T C T?? ? ? （式 33） 這個公式在實際測溫中得到廣泛的應(yīng)用。當保持熱電偶自由端溫度 T0 不變時， 只要用儀表測出總熱電勢，就可以求得工作端溫度 T。 熱電偶冷端溫度誤差及補償 通常用熱電偶測量的是一個熱源溫度，或者兩個熱源溫度差。為了使輸出的電動勢是被測溫度的單一函數(shù)，一般將 T 作為被測溫度端， T0 作為參比溫度端。通常要求 T0 保持為 0176。 C 但在實際中做到這