【正文】 遞 無需人工干涉。 一般來說，計算機(jī)對爐溫控制大致采用以「四種方式 」 (data acquisition system, DAS) 計算機(jī)采集和處理系統(tǒng)是以計算機(jī)為 核心對生產(chǎn)過程進(jìn)行智能化，全工況開環(huán)監(jiān)視系統(tǒng)。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 11 所示 ， 計算機(jī)系統(tǒng)對生產(chǎn)過程的溫度參數(shù)進(jìn)行采集，并對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，計算機(jī)對內(nèi)部信息進(jìn)行定期計算和處理 。直接數(shù)字控制系統(tǒng)實質(zhì)上是單回路或多回路的數(shù)字調(diào)節(jié)裝置，它以工控機(jī)為核心，加上過程輸入、輸出通道，與被控對象一起構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 (如圖 12 所示 ) 被 控 對象 控 制 儀 表 檢 測 A/D 轉(zhuǎn)換 計算機(jī) 數(shù)碼 LED 顯示 事故報警打印機(jī) 音響燈光報警 人 5 圖 1－ 2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3 計算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng) (supervisory puter control, SCC) 由計算機(jī)根據(jù)生產(chǎn)過程工藝參數(shù)和數(shù)學(xué)模型，計算出最佳設(shè)定值和相應(yīng)的控制指令，送給模擬調(diào)節(jié)器或 DDC 計算機(jī)，由模擬調(diào)節(jié)器或 DDC 計算機(jī)控制生產(chǎn)過程，使其處于最優(yōu)工況。 圖 1－ 3 計算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 6 SCC 系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，同時還可以進(jìn)行順序控制，最優(yōu)控制及自適應(yīng)控制，它是 DAS 和 DDC 系統(tǒng)的綜合和發(fā)展。監(jiān)督計算機(jī)可僅完成最優(yōu)工況計算，不直接參與過程控制，在有的系統(tǒng)中，它本身也具備直接數(shù)字控制功能，當(dāng)監(jiān)督計算機(jī)發(fā)生故障時，直接數(shù)字控制或模擬調(diào)節(jié)器可獨(dú)立完成操作，而在模擬調(diào)節(jié)器等發(fā)生故障時，則可由監(jiān)督計算機(jī)執(zhí)行部分功能 。它是計算機(jī)技術(shù)，控制技術(shù)，通信技術(shù)和 CRT 技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。為每個被控對象配備一套下位機(jī)控制設(shè)備，置于現(xiàn)場，用于對每個被控對象的數(shù)據(jù)采集和控制。此種方式能夠?qū)崿F(xiàn)工 程系統(tǒng)的最優(yōu)控制，使生產(chǎn)過程能長期在最佳狀態(tài)下進(jìn)行，且具有較高的可靠性，提高了系統(tǒng)的功能和效率，另外它的軟件和硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，使用維護(hù)方便，系統(tǒng)易開發(fā)，易擴(kuò)展，有利于分批投資逐步擴(kuò)展 。數(shù)據(jù)的高速傳輸，設(shè)備、通信，配線的費(fèi)用低廉。 (其系統(tǒng)框圖見圖 14) 近年來，由工控機(jī) (或 PC 機(jī) )和多臺單片機(jī)或 PLC 構(gòu)成的集散測控系統(tǒng)已廣泛用于工業(yè)自動化控制中。 7 圖 1－ 4 集散系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖 從溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展來看，以單片機(jī)為核心構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)己被國內(nèi)外許多公司和單位作為研究對象，單片機(jī)溫度控制裝置硬件簡單，軟件豐富，能方便地實現(xiàn)現(xiàn)代化控制規(guī)律和多種功能，性能優(yōu)良，運(yùn)行、調(diào)試都非常方便，且生產(chǎn)成本低，可加快生產(chǎn)設(shè)備的更新?lián)Q代，己開始受到重視和歡迎。 8 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 溫度測控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 2－ 1 所示 。 現(xiàn)對各部分主要電路 作介紹。 變送器由毫伏變送器和電流 /電壓變送器組成：毫伏變送器用于將熱電偶輸出的 的電壓變化成 010Ma范圍內(nèi)的電流，電流 /電壓變送器負(fù)責(zé)將毫伏變送器輸出的 010mA 電流 變換成為 05v范圍內(nèi)的電壓。例如：如果溫度測量 范圍為 400℃1000℃，則熱電偶輸出為 ,毫伏變送器零點遷移后輸出 010mA 范圍內(nèi)的電流。 8031是一種速度快，功耗大的 TTL型8位單片機(jī)。 8031單片機(jī)采用 40條 引腳雙列直插封裝（ DIP）形式。在單片機(jī)的 40條引腳中，有兩條專用于主電源的引腳， 2條外接晶體的引腳，四條控制禾其他電源復(fù)用的引腳， 32條輸入 /輸出引腳。 （一） 主電源引腳 Vcc和 Vss Vcc：接＋ 5V電源。 （二） 時鐘電路引腳 XTAL1和 XTAL2 XTAL1：接外部晶體的一端。在采用外部時鐘電路時，對于 HMOS單片機(jī)，此引腳必須接地；對 CHMOS單 片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向放大器的輸出端，振蕩器的頻率時晶體振蕩頻率。 （三） 控制信號引腳 RST/VPD、 ALE/PROG、 PSEN和 EA/VPP RST/VPD復(fù)位 /備用電源輸入端。 PSEN：外部程序庫存儲器讀選通信號。 （四） 輸入 /輸出（ I/O)引腳 P0、 P P2和 P3 ～ ： P0使一個 8位雙向 I/O端口。 ～ ： P1口是 8位準(zhǔn)雙向 I/O端口。P1口能驅(qū)動 4個 LSTTL負(fù)載。在 CPU訪問外部存儲器時，它輸出高 8位地址。 P2口可驅(qū)動 4個 LSTTL負(fù)載。它是一 個復(fù)用功能口。作為第二功能使用時，個引腳的定義如表 1。 P3口能驅(qū)動 4個 LSTTL負(fù)載。 圖 22 《 ADC0809 引腳圖》 （一） ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖 23所示。地址鎖存與譯碼電路完成對 A、 B、 C 3個地址位進(jìn)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， 下圖為 通道選擇表。 對 ADC0809 主要信號引腳的功能說明如下 ： IN7～ IN0—— 模擬量輸入通道 ALE—— 地址鎖存允許信號。 12 START—— 轉(zhuǎn)換啟動信號。本信號有時簡寫為 ST. A、 B、 C—— 地址線。 CLK—— 時鐘信號。 通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號 EOC—— 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請求信號使用。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 Vcc—— +5V 電源。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V). （三） . 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。為此可采用下述三種方式。例如 ADC0809轉(zhuǎn)換時間為 128μ s，相當(dāng)于 6MHz 的 MCS51 單片機(jī)共 64 個機(jī)器周期。 B． 查詢方式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809 的 EOC 端。 C． 中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（ EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時， OE 信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。所用的指令為 MOVX 讀指令 ，則有 MOV DPTR , FE00H MOVX A , DPTR 該指令在送出有效口地址的同時，發(fā)出有效信號，使 0809 的輸出允許信號 OE 有效，從 13 而打開三態(tài)門輸出，是轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送入 A 累加器中。這是啟動 A/D 轉(zhuǎn)換的指令與上述類似，只不過 A的內(nèi)容不能為任意數(shù)，而必須和所選輸入通道號 IN0～ IN7 相一致。 電路連接主要涉及兩個問題。 圖 25 ADC0809 與 MCS51 的連接 如圖 26 所示 模擬通道選擇信號 A、 B、 C 分別接最低三位地址 A0、 A A2 即（ 、 ），而地址鎖存允許信號 ALE 由 控制，則 8路模擬通道的地址為 0FEF8H～，通道地址選擇以作寫選通信號，這一部分電路連接如圖 27所示。也就是說 ADC0809可以視為 8031 的一個外部 RAM 單元，地址為 03F8H（地址重復(fù)范圍很大），因此， 8031執(zhí)行如下程序可以啟動 ADC0809 工作。如圖 28所示。在給定周期 T內(nèi)， 8031只要改變可控硅管 15 的接通時間便可改變加熱絲功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。顯然，可控硅在給定周期 T的 100％時間內(nèi)接通時的功率最大。該觸發(fā)脈沖由8031用軟件在 ，受過零同步脈沖同步后經(jīng)光耦管和驅(qū)動器輸出送到可控硅的控制極上。過零同步脈沖由過零觸發(fā)電路產(chǎn)生，更為詳細(xì)的電路原理圖如圖 5所示。方波的正邊沿和負(fù)邊沿分別作為兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)信號，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的兩個窄脈沖經(jīng)二極管或門混合后就可得到對應(yīng)于交流 220V市電的過零同步脈沖。 16 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 2021 5 23 S he e t of F i l e : D : \ pr ot e l \部分 S he e t C H D O C D r a w n B y :L M 311+ 5VM C 14528411Q1Q2C?+ 5V7 4 L S 0 0P 220V+ 12V+ 5V 圖 2－ 9 過零觸發(fā)電路 部分 接口電路 8031的接口電路有 815 2731和 ADC0809等芯片。 由圖 2－ 6可見，在 ==0時， 8155選中它內(nèi)部的 RAM工作；在 ＝ 1和 ＝ 0時， 8155選中片內(nèi)三個 I/O端口。 8031的 PSEN和 2732的 OE相接， CE相連，故 2732的地址空間為： 0000H－ 0FFFH ，可 以和報警電路相連。有源校正環(huán)節(jié)一般是有運(yùn)算放大器和電阻、電容組成的反饋網(wǎng)絡(luò)連節(jié)而成，被廣泛地用于工程控制系統(tǒng)中，常常被稱為調(diào)節(jié)器。 PID調(diào)節(jié)器已經(jīng)形成了典型結(jié)構(gòu)，其參數(shù) 整定方便，結(jié)構(gòu)改變靈活（ P、 PI、 PD、 PID等），在許多工業(yè)過程控制中獲得良好的效果。 PID控制在經(jīng)典控制理論中技術(shù)成熟，自 20世紀(jì) 30年代末出現(xiàn)模擬式 PID調(diào)節(jié)器，自今仍在非常廣泛的應(yīng)用。 通常，電阻爐爐溫控制采用偏差控制法。 控制論告訴我們， PID控制的理想微分方程為： 1 ( )( ) [ ( ) ( ) ]0t d e tU t K e t e t d t TpdT d ti? ? ?? （ ） 式中， e(t)=r(t)y(t)稱為偏差值，可作為溫度調(diào)節(jié)器的輸入信號，其中 r(t)為給定值， y(t)為被測變量值； Kp為比例系數(shù)； Td為積分時間常數(shù)； u(t)為調(diào)節(jié)器的輸出控制電壓信號。若設(shè)溫度的 采樣周期為 T，第 n次采樣得到的輸入偏差為 en,調(diào)節(jié)器輸出為 Un，則有： 1() nneede tdt T ??? （ 微分用差分代替） 0()0nKKt e t d t e K????? (積分用求和代替） 這樣，式（ ）便可改寫為： 19 101[]n nnn p n k dKieeU K e e T TTT ???? ? ?? （ ） 寫成遞推形式為： [ ( 2 )1 1 2TT dU K e e e e e en p n n n n n nTTi? ? ? ? ? ?? ? ? 1 121 01( ) ]n nnkndkieee e T TTT? ??? ??? ? ? ? ?? 1 1 1 2[ ( 2 ) ]dn p n n n n n niTTU K e e e e e eTT? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 改寫成： ( ) ( 1 ) { ( ) ( 1 ) ( ) [ ( ) 2 ( 1 )( 2 ) ] }( 1 )P I DP I DU n U n K E n E n K E n K E n E nEnU n P P P? ? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ?（ ） 20 溫度控制程序 溫度控制程序的設(shè)計應(yīng)考慮如下問題：（ 1）鍵盤掃描，鍵碼識別和溫度顯示；（ 2）爐溫采樣，數(shù)字濾波；（ 3)數(shù)據(jù)處理時把所有數(shù)按定點純小數(shù)補(bǔ)碼形式轉(zhuǎn)換，然后把 8位溫度采樣值、 Umin和 Umax都變成 16位參加運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果取 8位有效值；（ 4）越限報警和處理；（ 5） PID計算，溫度表度轉(zhuǎn)換。為簡化起見，本程序只給出有關(guān)標(biāo)志，暫存單元和顯示緩沖區(qū)清零、 T0初始化、開 CPU中斷。相應(yīng)程序框圖如同 3－ 4所示。 50H送 SP CLR 5EH 。 清上次越限標(biāo)志 CLR A 。 MOV 30H, A 。 MOV 3CH, A 。 MOV 3EH, A 。