电阻加热炉温度控制(20210315114255)

1、微型计算机控制技术课程设计电阻加热炉温度控制学院：信息工程学院 专业班级:自动化0703班 姓名：唐凯学号：一、摘要二、总体方余设计1设计内求及要求2、工艺要求3、要求卖现的糸统基本功能4、对集分析5、系统功能设计三、硬件的设计和宾现呵、數孕控制毘的设计丿五、轶件设计丿1, 糸统程序流程图2、程序请单六、屯捷的糸统电炼图七、糸统调试入、设计总錯九、参考丈秋27/27一摘要温度是工业对象中主要的被控参数之一。特别是在冶金、化工、机械各类 工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。由于炉子的种类不同， 所采用的加热方法及燃料也不相同,如煤气、天然气等。但就控制系统本身的 动态特性而言,均属于

2、一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同,可采用PID 控制魁他纯滞后补偿算法。为了保证生产过程正常安全地进行,提高产品的质量和数量,以及减轻工 人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温， 不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按 照某个指定的升温或保温规律而变化z等等。因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量,而且要 进行控制。二、总体方案设计设计任务用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统,并使系统达 到工艺要求的性能指标。1. 设计内容及要求电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验,电加热炉用电炉丝提供功率， 使其

3、在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热 炉功率为8KW ,有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。系统模型：电阻箜温度TG 二2. 8e_40s178s4-l2. 工艺要求按照规定的曲线进行升温和降遍，遍度控制范围为50350C ,升温和降温阶段的温度控制精度为+5C ,保温阶段温度控制精度为+2C。3. 要求实现的系统基本功能微机自动调节：正常工况下，系统投入自动。模拟手动操作：当系统发生异常z投入手动控制。微机监控功能：显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出值,参数报警时有灯光报警。4. 对象分析在本设计中，要求电阻炉炉内的温度，按照上图所示的规律变

4、化,从室温 开始到50C为自由升温阶段，当温度一旦到达50C ,就进入系统调节，当温 度到达350C时进入保温段,要始终在系统控制下，一保证所需的炉内温度的 精度。加工结束，要进行降温控制。保温段的时间为6001800so过渡过程 时间：即从开始控制到进入保温阶段的时间要小于600s。在保温段当温度高于 352C或低于348C时要报警,在升温和降温阶段也要进行控制，使炉内温度按照曲线的斜率升或降。采用MCS-51单片机作为控制器，ADC0809模数转换芯片为模拟量输 入,DAC0832数模转换芯片为模拟量输出，钳电阻为温度检测元件，运算放 大器和可控硅作为功率放大,电阻炉为被控对象,组成电阻炉

5、炉温控制系统, 另外，系统还配有数字显示，以便显示和记录生产过程中的温度和输出值。5、系统功能设计计算机定时对炉温进行测量和控制一次，炉内温度是由一钳电阻温度计来 进行测量,其信号经放大送到模数转换芯片，换算成相应的数字量后,再送入 计算机中进行判别和运算，得到应有的电功率数，经过数模转换芯片转换成模 拟量信号，供给可控硅功率调节器进行调节,使其达到炉温变化曲线的要求。件的设计和实现1、计算机机型:MCS51 8031 （不包含ROM、EPROM ）系统总线：PC总线2、设计输入输出通道输入通道：因为所控的实际温度在50 350C左右，即(350 - 50 )二300所以选用8位A/D转换器,

6、其分辨率约为1.5C/字,再加放大器偏置措施 实现。(通过调整放大器的零点来实现偏置)这里采用一般中速芯片 ADC0809。ADC0809是带有8位A/D转换器,8路多路开关以及微型计算机 兼容的控制逻辑的CMOS组件,其转换方法为逐次逼近型。8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制,可以在8个通道中任意访问一个通道的模拟信号。输出通道：据其实际情况,D/A转换器的位数可低于A/D转换器的位数,因为一般控制系统对输出通道分辨率的要求比输入通道的低，所以这里采用常 用的DAC0832芯片DAC0832是8位D/A转换器,与微处理器完全兼容。期间采用先进的CMOS 工艺,因此功耗低,输出漏电流误差较

7、小。因DAC0832电流输出型D/A转换 芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器,Rf为为运算放大器 的反馈电阻端。vnrrrDAC08321 AIIT4|Uwa|rR产RW2RI3、设计支持计算机工作的外围电路矩阵键盘技术:温度输出显示技术：LED静态显示接口技术，所谓静态显示，即CPU输出显示值后，由硬件保存输出值，保持显示结果.特点占用机时少，显示可靠但元件多，线路复杂、成本高，功耗大。报警电路设计：正常运行时绿灯亮,在保温阶段炉内温度超出系统允差范围， 就要进行报警。报警时报警灯亮，电笛响,同时发送中断信号至CPU进行处 理。8255APB7PB6PB5PB4PB3PB2P

8、B1PBO74LS06 电笛Q+5JED GMLED RD正常运转炉混上限报誓於巴列炉温下限报譽4. 元器件的选择传感器的选择：钳错1010热电偶，S型，正极性,量程01300C ,使用温度小于等于600C ,允差+1.5C。执行元件的选择：电阻加热炉采用晶闸管（SCR ）来做规律控制,结合电 阻炉的具体要求,为了减少炉温的纹波，对输出通道采用较高的分辨率的方 案，因此采用移相触发方式，并且由模拟触发器实现移相触发。变送器的选择：因为系统要求有偏置，又需要对热电偶进行冷端补偿，所 以采用常规的DDZ系列温度变送器。控制元件：采用双向可控硅进行控制，其功能相当于两个单向可控硅反向 连接，具有双向

9、导通功能，其通断状态有控制极G决定。在控制极加上脉冲可使其正向或反向导通。可控硅加热炉控制原理图四.数字控制器的设计1、控制算法:电阻加热炉遍度控制系统框图:R(S)整个闭环系统可用一个带纯滞后的一阶惯性环节来近似，所以其控制算法2. 8e-40s G(s) =采用大林算法。电阻加热炉温度控制系统模型为178s+1其广义的传递函数为：大林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即：通常认为对象与一个零阶保持器相串联，相对应的整个闭环系统的脉冲传递函 c、2&汕G(s)=数是： 178$+ 12、计算过程:连同零阶保持器在内的系统广义

10、被控对象的传递函数17i C Q c一必 2.8G =Z_-s 178s+ 1_40=2-8(1-，)ZnyR讣A=2.8(1- z1 )z-4 S 1-平t0.154z-51-0.945 z系统闭环传递函数严CT + 1数字控制器：DQ) =G1-jV-i Z1 7Z (1- r)JJ1 一丁TUP7)君 NTG 10z5d-/7)1-0.945Z1DQ)=ioiol-/Tz-l-(l-/7)z-56.448(1-0.945 z1)一 10.007z -0.933z*054厂6.448(1-0945厂)(1一广|)1 + 0933丁 +0.933广2 +0933z +0.933Z4消除振铃现

11、象后的数字控制器:D(z) =6448(1 0945厂)rr51.297 -1.297 x 0.945 z1i-r*将上式离散化:U ( Z ) U ( Z ) Z1 二 1.279E ( Z ) 1.226E ( Z) Z1U ( K ) U ( K1 ) =1.279E ( K ) 1.226E ( K1)最终得：U ( K )二U ( K1 ) +1.279E ( K ) 1.226E ( K1)五.软件设计h系统程底流程图a、系统主程序框图初始化参数设置调用溫度采样子程序勰ri调用显示子程序温度丈于上限设定值？县度小于下限设定值？启动就电器(Ob、A/D转换子程序流程图C、数字控制算法

12、子程序流程图（数字控制计算程序）Id、LED显示流程图2、程序清单ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP KEYSORG 000BHAJMP PITOORG 001BHAJMP PIT 1MAIN： MOVSP,#00HCLR5FHMOVA, #00HMOVR7,#09HMOVRO,#28HLP1：MOVR0,AINCRODJNZR7,LP1MOVR7,#06HMOVRO,#39HLP2：MOVR0,AINCRODJNZR7,LP2MOVR7,#06HMOVRO,#50H:中断入口及优先级:淸上下限越限标志LP3：MOVR0,AINCRODINZR7, LP3MOV33

13、H,#00HMOV34H,#00HMOV35H,#00HMOV36H,#00HMOV37H,#00HMOV38H,#00HMOV42H,#00HMOV43H,#00HMOVTMOD, #56HMOVTLO,#06HMOVTHO,#06HMOV25H,#I63HSETBTROSETBETOSETBEXOSETBEALOOP：MOVRO, #56H:淸显示缓冲区:赋KP高低字节:赋KI高低字节:赋KD高低字节:赋K高低字节；TO方式2, T1方式计数:设定值默认值350:键盘高优先级开键盘TO。T1中断:标度转化MOV Rl, #55H LCALLSCACOVMOV RO, #53HLCALL D

14、IRNOPLCALL DLY10MSNOPLCALL DLY10MSAJMP LOOP:等中断键盘子程序KEYS：CLREXOCLR EAPUSH PSWPUSH ACC:关中断LCALL DLY10MS:消抖CC：JBP3.2 AASETB5DH:置“显示设定值温度值标志”MOVA, 25H:取运算位的值MOVB, #10H:BCD码转化DIVABMOV52H, AMOVA.BMOV51H,AMOVR0.#50HLCALLDIR;显示设泄温度NOPLCALLDLY10MSNOPLCALLDLY10MSJBPl.7 .BBMOVRL#25HLCALLDA ADINOPLCALLDLY10MSA

15、JMPCCBB:JBPl.6 CCMOVRL#25HLCALLDEEC1NOPLCALLDLY10MSAJMPCCAA:POPACCPOPPSWSETB EXOSETB EA;出栈RETI显示子程序DIR:MOVSCON ,#00H;置串行口移位寄存器状态SETBPl.4;开显示JB5DH.DL1;显示设定温度DL2:MOVDPTR.#SEGTDLO:MOVA,R0MOVCA,A+DPTRMOVSBUF 4LOOP1:JNBTI, LOOP1CLRTIINCROMOVA,R0MOVCA,A+DPTRANLA, #7FH:使数带小数点MOVSBUF ,ALOOP2:JNBTLLOOP2CLRTI

16、INCROMOVA,R0MOVCA,A+DPTRMOVSBUEALOOP3:JNBTLLOOP3CLRTICLRPl.4CLR5DHRETDL1:MOV50H,#0AH；小数位黑屏AJMPDL2SEGT:DBOCOH ,0F9H.0A4H,0B0H.99H.92H.82H.0F8H.80H.90H.0FFH子程序DA ADI: MOVA,#00HORLA,R1ADDA.#01HCJNEA.#3OHDAAD2；超过 48 度了 吗？加DAAD3: MOVRI,ADAA: RETDAAD2: JCDAAD3MOVR1,#15EH；超过48则转回到355AJMPDAA减一子程序DEEC1:MOVAR

17、1DECACJNEA.#15EHQEEC2;低于355度了吗？DEEC3:MOVR1,ADEE:RETDEEC2: JNCDEEC3MOVR1,#3OH;低于355则转回到48AJMP DEETO中断子程序PTTO:CLR EAPUSHACCPUSHPSWPUAHDPLPUSHDPHSETBEA;压栈后开中断响应键盘PPP:LCALL SMAP:采样数据LCALLFILTER;数字滤波MOVA,2AH;取采样值CJNEA,#07HAAA；下限48比较AJMPBBBAAA:JCCCC；小于48度转CJNEA,#0FEH ,DDD；上限355比较AJMPBBB;转至48-355正常范围处理DDD:

18、JCBBBCLRPl.2;大于355黄灯亮SETB5EHCLRAJMPPl.lPPP；置标志启动风扇ccc：CLRPl.3;小于48红灯亮SETB5FHBBB:CLRP1.0；置标志启动电炉AJMPPPPSETBP1.0SETBPl.lSETBPl.2SETBPl.3CLR5EHCLR5FH150-350之间正常LCALL PIDJNB20H.EEF;设定温度小于实际值转到风扇MOVA,29HLCALLFFFCLRP1.0LOOP 10: MOVR0,#56H;存放相乘结果的首址MOVR1,#55H;赋显示缓冲区最高位地址LCALLSCACOV;标度转化MOVR0,#53H;赋显示首址CLRD

19、IRJBD5H.LOOP10;等待T1中断CLREAPOPDPHPOPDPLPOPPSWSETBEAPOPACCRETIEEE:MOVA,28H;风扇处理LCALLFFFCLR Pl.lAJMPLOOP 10FFF: CRLA;根据PID结果计算T1初值INCAMOVTL1,AMOVTHL#OFFHSETB PHSETB TRISETB ET1RET标度转化SCACOV :PROCNEARMOVDX,0MOVDATAL#258HMOVDATA2,#708HMOVDATA3,#960HPROCNEARMOVDX,0MOVAX.DATAP;取采样时间CMPAX.DATA3;时间大于2400?JAE

20、Q3DORCMPAX.DATA2JAEQ3-Q2;1800v 时间 2400CMPAX.DATA3JAEQ2-Q1;600v 时间 1800QO:MOV BX,0.8H;600S Q=50+t/2MULBXADCDX,0JMPDONEQ2-Q1: MOVAX,#15EH;Q=350Q3-Q2: SUBAX.DATA2MOV BX,08H:Q=350-(t-1800)/2MULBXMOVAX.#15EHSUBMOVAX.BXR1,APP:采样子程序SWAP:RETMOV R0.#20HMOVRl.#03HSAW1: MOVDPTR.#7FF8HMOVXDPTRA:A/D转化MOVR2.#20HD

21、LY:DJNZR2.DLY涎时HERE:JBP3.3 .HEREMOVDPTR.#7FF8HMOVXMOVA.DPTRR0.A；读转化结果INCRODJNZRLSAM1RET数字滤波FILTER: MOV A. 20HCJNEA.2DH CMP1AJMPCMP2CMP1: JNCCMP2XCH A2DHXCH A,2CHCMP2: MOVA.2DHCJNE A22EH.CMP3MOV 2AH,AAJMP RRCMP3: JCCMP4MOV 2AH,AAJMP RRCMP4: MOVA,2EHCJNEA,2CH.CMP5MOV2AH ,AAJMPRRCMP5: JCCMP6XCH A,2CHCM

22、P6:MOV2AH,ARR:RETT1中断PIT1:CLROOHJB20H. GGGSETBP1.0GG:CLRPT1RETIGGG:SETBPl.lCLR20HAJMPGG延时10MS子程序DLY10MS: MOVR7.#0A0HDLOO: MOVR6.#0FFHDL11:DJNZR6.DL11DJNZR7.DL00RET数字PID算法子程序PID:MOVR5.#00HMOVR4.2DHMOVR3.#00HMOVR2,#32HLCALLCPL1LCALLDSUMMOVR0,#5AHMOVR5.#05HMOVRO1CHLCALLMULTMOV31H.5BH；关闭电炉；关闭风扇；取NX值;取50

23、;求(NX-32H)值；赋乘法算法运算暂存单元地址首址；赋参数;调无符号数乘法MOV 32H ,5AHMOV R5.31HMOV R4,32HMOV R3,2AHMOV R2.#00HACALL CPL1ACALL DSUMMOV 39H. R7MOV 3AH.R6MOV R5,35HMOV R436HMOV R0.#4AHACALL MULTIMOV R239HMOV R43AHMOV R33BHMOV R2.3CHMOV R5.33HMOV R4,34HMOV R0.#46HACALL MULTIMOV R5.49HMOV R4.48HMOV R3.4DHMOV R2.4CHLCALL D

24、SUMMOV 4AH, R7MOV 4BH.R6MOV R5.39HMOV 3CH,3AHMOV A,31HCJNE A.2AH.AA2AA3:CLR20HAA1:RETAA2 JNCAA3SETB20HMOVR339HMOVR2.3AHLCALLCPL1MOVA,R3MOVR7,AMOVA.R2MOVR6,AMOVR5.42H；存放结果有效值；取双字节UR(设宦)；取双字节实测值;取U(K)补码；计算E(K)；存 E(K)；取11参数;计算 PI=KI*E(K)；取 E(K)；取 E(K-l)；取KP参数;KP*E(K) E(K-l );KP*( E(K). E(K1)+ KI*E(K);保

25、存上式之和;存 E(K)到 E(K-l);取设定值;比较设定值与实测值;淸电炉标志;淸风扇标志位MOV R4,43HMOV R0.#5AH；取1JNCPOS1；为正数则转MOVA,R1;为负数求补CPLAADDA,#01HMOVR6.AMOVA.R7CPLAADDCA,#00HMOVR7,APOS1:MOVA,R5;取乘数RLCA；乘数符号C2 一MOV5DH,CJNCPOS2；为正数则转MOVA.R4CPLAADDA,#01HMOVR4.AMOV A.R5CPL AADDC A.#00HMOV R5.APOS2:ACALLMULTMOVANLJCMOVMOVJNCDECMOVCPLADDMOVINCMOVCPLADDCMOVTPL:RETMUUT: MOVC,5CHC5DHTPLC,5CHC5DHTPLROA,RO AA,#01R0,AROA,R0AA