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1、.陶瓷隧道窑微机温度控制系统摘 要 关键词：隧道窑、计算机、温度控制隧道窑一般是一条长的直线形隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。目前我国陶瓷隧道窑炉大多采用人工或简单仪表控制，要想使窑炉长期达到最佳工作状态是不可能的，造成产品合格率、一级品率一直处于较低的水平。陶瓷隧道窑炉是由预热带、烧成带和冷却带三个部分组成，瓷件烧成温度在1320左右，若用人工控制这个温度场，不仅控制上有难度控制精度上的问题更大，因此，我们此处引入了计算机控制，通过采集各点的温度，然后通过A/D转换送入计算机与设定值进行比较，再输出并经过相应的硬件进行处理后输出到执行机构进行控制，它不仅能改
2、善控制的精度，还能用软件代替一些硬件，大大的降低了成本，更主要的是解放了人的劳动力。Ceramic tunnel kiln temperature control system computerAbstractKey words: tunnel kiln, computers, temperature controlTunnel kiln is a general linear-long tunnel on both sides and the top of its walls and roof fixed, the laying of the track at the bottom of t
3、he kiln car running. At present, most of Chinas ceramic tunnel kiln or a simple manual control instruments in order to ensure the kiln to achieve the best long-term work status is not possible, resulting in the passing rate of products, product rate level has been at the lower level. Tunnel Kiln Cer
4、amics by preheating zone, firing zone and cooling zone is composed of three parts, pieces of porcelain firing temperature of about 1320 , using the manual control of the temperature field, not only difficult to control on the control precision of the problem For this reason,We here introduced a comp
5、uter-controlled by the temperature of collection points, and then through the A / D converter into the computer and compare the settings, and then through the corresponding output and hardware processed output to the control of implementing agencies, which not only to improve the accuracy of control
6、, but also a number of software instead of hardware, greatly reducing costs, more important is the liberation of the peoples labor.目录陶瓷隧道窑微机温度控制系统- 1 -摘 要- 1 -Ceramic tunnel kiln temperature control system computer- 2 -Abstract- 2 -第一章 工艺对象分析- 5 -1.1 工艺描述- 5 -1.2 控制要求- 6 -1.3 功能分析- 6 -第二章 系统分析与选择- 7
7、 -2.1 系统功能分析- 7 -2.2 系统选择- 7 -2.2.1 计算机机型- 7 -2.2.2 系统总线- 7 -2.3 软件算法选择分析- 7 -2.3.1 开关量控制- 8 -2.3.2 比例控制(P控制)- 8 -2.3.3 比例积分控制(PI控制)- 9 -2.3.4 比例积分加微分控制(PID控制)- 9 -2.4传感器选择- 10 -2.5执行机构选择- 10 -2.6数字滤波技术选择- 10 -第三章 硬件和软件设计- 12 -3.1 硬件设计- 12 -3.1.1 系统结构框图- 12 -3.1.2 键盘- 12 -3.1.3 显示- 13 -3.1.4 温度变送器及A
8、/DC574A转换电路- 14 -3.1.5 D/A1210转换及隔离输出电路- 16 -3.2 数字控制器的设计- 17 -3.2.1增量型PID算式- 17 -3.2.2控制器结构框图- 18 -3.3 软件设计- 19 -3.3.1 主程序流程图- 19 -3.3.2 程控扫描程序流程图- 20 -3.3.3 计时中断程序流程图- 21 -3.3.4 PID算式流程图- 22 -3.3.5 越限报警设计流程图- 22 -第四章 仿真- 24 -4.1 系统仿真结构框图- 24 -4.2 示波器仿真图- 25 -4.3 系统输出响应曲线- 25 -4.4仿真计算过程- 27 -第五章 总结
9、- 28 -参考文献- 29 -附录- 30 -A 系统电流图- 30 -B关键程序代码- 30 -1 程控扫描法程序- 30 -2 A/D（12位）转换程序如下- 34 -3 D/A（12位）转换器输出的接口驱动程序- 35 -4 PID算式程序- 35 -5 数字滤波程序- 38 -6 越限报警程序- 39 -第一章 工艺对象分析1.1 工艺描述目前我国陶瓷隧道窑炉大多采用人工或简单仪表控制，要想使窑炉长期达到最佳工作状态是不可能的，造成产品合格率、一级品率一直处于较低的水平。陶瓷隧道窑炉是由预热带、烧成带和冷却带三个部分组成，瓷件烧成温度在1320左右，窑内温度场主要由烧成带12对喷嘴燃
10、冷煤气产生，窑炉系统用8组风机来调节窑内的压力场。排烟风、助燃风将直接影响烧成带的温度场，急冷风会影响最终产品的质量。窑温控制示意图1.2 控制要求窑温控制在132010范围内。被控过程传递函数1.3 功能分析温度控制系统将采集的各点温度值，经/转换后与设定值进行比较，控制器输出经由/变换，变成 420mA形式模拟量输出给电动执行器，驱动蝶形阀调节喷嘴的煤气进给量，从而控制烧成带的温度。12只温度传感器与12个喷嘴一一对应。第二章 系统分析与选择2.1 系统功能分析系统一共用了12个温度传感器，然后接入多路选择开关，由于温度场的温度变换比较缓慢，所以这就不用采样/保持器了，将多路开关的信号接入
11、温度变送器，将其转换为标准信号再送入A/D转换器，经转换后将其输入计算机控制系统并与设定值进行比较输出给D/A转换器，转换为标准信号送入电动执行机构推动蝶形阀调节喷嘴的煤气进给量，从而控制烧成带的温度。2.2 系统选择2.2.1 计算机机型结合实验设备以及费用的问题，在此，选用了8088系统。2.2.2 系统总线 STD总线。2.3 软件算法选择分析由控制要求及工艺分析可知隧道窑温度控制系统的控制对象具有热储存能力大，惯性也较大的特点，因而可以归于具有纯滞后的一阶大惯性环节；对于大惯性系统的过渡过程控制，一般可采用以下几种控制方案：2.3.1 开关量控制这种方法通过比较给定值与被控参数的偏差来
12、控制输出的状态：开通或关断，因此控制过程十分简单，也容易实现；但由于输出控制量只有两种状态，使被控参数在两个方向上变化的速率均为最大，因此容易引起反馈回路振荡，控制精度不高；因此，这种控制方案一般在大惯性系统对控制精度和动态特性要求不高的情况下采用。2.3.2 比例控制(P控制)比例控制的输出与偏差成比例关系；当负荷变化时，抗干扰能力强，过渡过程时间短，但过程终了存在余差；适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、允许被控量在一定范围内变化的系统。2.3.3 比例积分控制(PI控制)控制器的输出与偏差的积分成比例，积分的作用使过渡过程结束时无余差，但降低了系统的稳定性；PI控制适用于滞后较小，负荷
13、变化不大，被控量不允许有余差的控制系统。2.3.4 比例积分加微分控制(PID控制)微分的作用使控制器的输出与偏差变化的速度成比例，它对克服对象的容量滞后有显著的效果；在比例基础上加入微分作用，使稳定性提高，再加上积分作用，可以消除余差；PID控制适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又很高的控制系统。结合本例题设计任务与要求，由于陶瓷隧道窑温度系统的传递函数有纯滞后环节，因而很难判断哪一种控制方法能够满足系统对控制品质的要求；但从以上对控制方法的分析来看，PID控制方法最适合本例采用：一方面，由于可以采用计算机实现控制过程，无论哪一种控制方法都不会增加系统硬件成本，而只需对软件作相应改
14、变即可实现不同的控制方案；另一方面，采用PID的控制方式可以最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。且其适应性很强。2.4传感器选择温度传感器的种类较多。热敏电阻由于非线性而影响其精度；铂电阻温度传感器由于成本高，在一般小系统中很少使用；热电偶传感器测温范围大。采用铂铑-铂热电偶或者铂铑-铂铑热电偶作为温度传感元件，温度控制控制采用单点控制。在此，选用了铂铑铂热电偶传感器，它的测温范围是-501760。2.5执行机构选择电动执行机构接受010mADC或420mADC的输入信号，并将其转换成相应的输出力F和直线位移或输出力矩M和角位移，以推动相应机构动作。因此，我们选
15、用电动执行机构来接受传感器输出的420没mADC直流电流。2.6数字滤波技术选择在工业过程控制系统中，由于被控对象所处的环境比较恶劣，常存在干扰源，如环境温度、电场、磁场等，使得采样值偏离真实值。对于各种随机出现的干扰信号，在微型机组成的自动检测系统中，常通过一定的计算程序，对多次采样信号构成的数据系列进行平滑加工，以提高其有用信号在采样值中所占的比例，减少乃至消除或削弱各种干扰及噪声造成的随机误差 ，从而保证系统工作的可靠性。 数字滤波的方法有很多种，可以根据不同的测量参数进行选择。常用的滤波方法有程序判断滤波、中值滤波、算术平均值滤波、加权平均值滤波、滑动平均值滤波、RC低通数字滤波和复合数字滤波等。 根据本设计系统的要求和参数要求选用算术平均值滤波。
