微机控制课程设计报告_煤气罩式退火炉温度控制系统

1、微机控制课程设计题目：煤气罩式退火炉温度控制系统目 录摘 要 2一、工艺要求 2二、系统分析及硬件设计 31 系统分析 31分析系统 32系统框图 53计算过程 52硬件选择 51 CPU选型 52 热电偶 53 接口芯片 74 A/D转换器 65 LED显示 76键盘 87光电隔离 98执行器 9三、程序设计101主程序102采样子程序143滤波子程序144显示子程序165标度转换子程序166键盘子程序177数字控制器子程序19四、总电路图24五、课程设计总结24六、参考文献25摘 要煤气罩式退火炉主要用于对冷轧钢板进行热处理，采用高炉煤气作为燃料。其炉体结构如下列图所示，它有内罩与外罩，在

2、内罩内放入退火钢卷，并投入保护性气体防止氧化。燃烧在内罩与外罩之间进行。12个喷嘴分为上下两层，煤层六个环a绕排列。煤气和空气的喷燃比由连接两个阀门的连杆所固定，这样在燃烧时，其空然比不变。炉温控制系统测点为保护性气体温度T1，目前工艺定为控制温度。煤气和空气阀均为堞阀，由一台电动执行器通过连杆共同带动。整个系统可以认为是以保护气体温度为输出，以电动执行器带动的蝶阀开度对应于煤气输入量为输入的一个单输出单输入的温度控制系统。 系统模型 一、工艺要求工业模型图退火温度工艺要求温度在升温、保温过程中按一定的工艺曲线升温和保温，在此过程中，实际温度与给定工艺温度曲线的偏差不许超20,而降温过程为自由

3、降温，温控系统不作起用。在y1400温度内，保护气体温度在供气阀门开到最大情况下，以自由升温的速率在最短时间内升到y1400，从y1400开始到y2700的保温点，温度按45-75/h的速率上升，此段为升温段。到y2点，那么开始进入保温段，以y2为恒值温度进行保温。钢卷保温t3-t2后停火，进入降温段，在此段中温控系统停用。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，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。二、系统分析及硬件设计1分析系统煤气罩式退火炉温度控制系统的测点为保护性气体温度T1，煤气和空气阀均为蝶阀

4、，由一台电动执行器通过连杆共同带动。整个系统可以认为是保护气体温度为输出，以电动执行器带动的蝶阀开度为输入的一个单输出单输入的温度控制系统。大林算法的设计目标是设计一个适宜的数字控制器，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数是：2系统框图：3计算过程传递函数： 闭环传递函数：计算UK：根据上式，求得Uz，进而离散化得到下式：U(K)=6.974* E(K)0.797* E(K-1)0.1144* U (K-1)+U(K-3)2硬件选择 1CPU选型在本次设计中，我们采用了MCS-51单片机，MCS-

5、51是在一块芯片中集成了CPU，RAM，ROM，定时器/计时器和多功能I/O口等一台计算机所需要的根本功能部件。2热电偶根据采样温度值的变化范围， 传感器选择热电偶。因为它测温范围广，可以在1至2800的范围内使用，精度高，性能稳定，结构简单，动态性好。在系统中选用N型镍铬硅镍硅热电偶传感器，其使用温度为2001300,它具有线性度好，热电式大，灵敏度高、稳定性好，抗氧化性，价格廉价等优点，所以，适合于本系统。由于工业用炉体积比拟大，会出现炉内温度不均状况。为使采样系统更加准确的对温度进行采样，本系统设置了五个不同的采样点，在同一时刻进行采样，其平均值作为最后的采样的结果。采样点位置分布图热电

6、偶电路图3接口芯片该系统的接口芯片采用8255并行接口芯片。其中，B端口工作于0方式输出状态，A端口工作于0方式输入状态。4A/D转换器由于A/D转换采用ADC0809，为多通道AD转换器。其工作为查询方式。将转换结束信号EOC作为状态信号，经三态门接入数据总线最高位D7。启动转换后，不断检测D7位是否为1，就可以知道转换是否结束。状态断口的地址假设为238H。利用ADC0809芯片中的多路开关，我们可以实现8个模拟信号的分时转换。系统地址总线的低3位分别连接ADC0809的地址线C、B、A，在启动A/D转换的同时，选定要进行转换的模拟通道，对应8个模拟通道的I/O地址分别为220-227H。

7、(5)LED显示系统六位LED静态显示，此种方式可以节省大量的机时。地址译码得其地址依次为0178H、0179H、017AH、017BH、017CH、017DH。74LS244为LED的驱动电路，每个LED有一个74LS377作为锁存器，芯片通过74LS138译码进行选择。 LED硬件图(6)键盘输入控制键盘采用8255接2×3键盘矩阵,采用软件延时去抖动方式。键盘各局部的功能为：1.翻开： 系统各组成局部开始供电，并处于待机状态。主程序开始反复扫描键盘，直到有键按下转到相应的功能。 2.关闭： 系统无处于任何状态开始断，步进电机处于断电前状态。3.自动： 系统处于自动运行方式。4.

8、手动： 系统处于手动方式，在手动方式中系统不执行PID算法程序由人工来调整温度。5.升温： 按下时温度阀门开始开到最大，温度开始升高。6.降温： 按下时，阀门关闭，温度开始下降。7.报警器:全软件报警程序,被测参数如温度、压力、流量、速度、成分等参数经传感器、变送器、模/数转换器，送到微型机后，再与规定的上、下限值进行比拟，根据比拟的结果进行报警或处理，整个过程都由软件实现。这种报警程序又可分简单上、下限报警程序，以及上、下限饱经处理程序。PIO接口地址为A/D转换器8位数据输入口。B口PB4,作为A/D转换的启动信号。B口PB0PB3分别作为上限、下限、正常情况及电笛报警信号。其上限报警模型

9、0F1H,下限报警模型0F2H，正常情况报警模型0F3H。报警器电路连接图(7)光电隔离由于现场温度过高，为了抗干扰，或一旦驱动电路发生故障，造成功率放大器中的高电平信号进入微型机而烧毁器件，在驱动器与微型机之间加一极光电隔离器，其原理图所示。光电隔离器图(8)执行器电动执行器是自动控制系统中的一个重要组成局部，它接收来自调节仪表的电信号，用电动执行机构将其转换成适当地力或力矩，以推动各类调节阀或其它执行机构，从而到达自动生产的目的。电动执行器与气动执行器相比，具有动作灵敏，能源取用方便，信号传递快捷和适合远距离控制的优点。它由执行机构和调节机构两局部组成，其中将调节控制信号转换成为力或力矩的

10、局部叫做电动之行机构，各种调节阀或调节设备统称为调节机构。三、程序设计1主程序程序流程图：转上限报警主程序开始初始化参数设置调用温度采样子程序调用温度数值转换和BCD码转换程序调用显示子程序滤波后采样值上限报警值滤波后采样值上限报警值正常报警调用数字控制子程序返回转上限报警.程序:ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP KEYS ORG 000BH AJMP PIT0 ORG 001BH AJMP PIT1 ；中断入口及优先级MAIN： MOV SP，#00H CLR 5FH ：清上下限限越标志 MOV A，#00HMOV R7，#09HMOV R0，#28HLP

11、1： MOV R0，AINC R0 DJNZ R7，LP1MOV R7，#06HMOV R0，#39HLP2： MOV R0，AINC R0DJNZ R7，LP2MOV R7，#06HMOV RO，#50HLP3： MOV R0，AINC R0DINZ R7，LP3 ；清显示缓冲区MOV TMOD，#56H ；T0方式2，T1方式1计数MOV TLO，#06HMOV THO，#06H MOV 25H，#2BCH ；设定值默认值700SETB TR0 ；键盘高优先级SETB ET0SETB EX0SETB EA ；开键盘T0。T1中断LOOP：MOV R0，#56H MOV R1，#55H LC

12、ALL SCACOV ；标度转化 MOV R0，#53H LCALL DIR NOP LCALL DLY10MS NOP LCALL DLY10MS AJMP LOOP ；等中断KEYS： CLR EX0 ；键盘子程序 CLR EA PUSH PSW PUSH ACC ；关中断 LCALL DLY10MS ；消抖CC： JB P3.2 AASETB 5DH ；置“显示设定值温度值标志MOV A，25H ；取运算位的值MOV B，#10H ；BCD码转化DIV A BMOV 52H， AMOV A, BMOV 51H, AMOV R0, #50HLCALL DIR ;显示设定温度NOPLCALL

13、 DLY10MSNOPLCALL DLY10MSJB P1.7 ,BBMOV R1,#25HLCALL DAAD1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCBB: JB P1.6 CCMOV R1,#25HLCALL DEEC1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCAA: POP ACCPOP PSWSETB EX0SETB EA ;出栈RETIDAAD1: MOV A,#00H ORL A,R1 ADD A,#01H CJNE A,#17CH,DAAD2 ;超过380度了吗?DAAD3: MOV R1,ADAA: RETDAAD2: JC DAAD3MOV R1,#2BCH ;超

14、过380那么转回到700AJMP DAADEEC1: MOV A,R1DEC A CJNE A,#2A8H,DEEC2 ;低于680度了吗?DEEC3: MOV R1,A DEE : RETDEEC2: JNC DEEC3 MOV R1,#17CH ; 低于680那么转回到380AJMP DEE PTT0: CLR EA ； T0中断子程序PUSH ACCPUSH PSWPUAH DPLPUSH DPHSETB EA ;压栈后开中断响应键盘PPP: LCALL SMAP ；采样数据LCALL FILTER ; 数字滤波MOV A,2AH ;取采样值CJNE A,#17CH,AAA ;下限380

15、比拟AJMP BBBAAA: JC CCC ;小于380度转CJNE A,#2D0H ,DDD ;上限720比拟AJMP BBB ;转至380720正常范围处理DDD: JC BBBCLR P1.2 ;大于720黄灯亮SETB 5EHCLR P1.1 ;置标志 启动风扇AJMP PPPCCC: CLR P1.3 ;小于380红灯亮SETB 5FHBBB: CLR P1.0 ;置标志启动电炉AJMP PPPCLR 5EHCLR 5FH ;400700之间正常LCALL DLJNB 20H,EEF ;设定温度小于实际值转到DLMOV A,29HLCALL FFFLOOP10: MOV R0,#56

16、H ;存放相乘结果的首址MOV R1,#55H ;赋显示缓冲区最高位地址LCALL SCACOV ；标度转化MOV R0,#53H ; 赋显示首址 CLR DIR JB D5H,LOOP10 ; 等待T1中断 CLR EA POP DPH POP DPL POP PSWSETB EAPOP ACCRETIEEE: MOV A,28H ;DL处理 LCALL FFFAJMP LOOP10FFF: CRL A ;根据DL结果计算T1初值 INC A MOV TL1,A MOV TH1,#0FFH SETB PI1 SETB TR1 SETB ET1 RET2采样子程序程序清单SWAP: MOV R

17、0,#20H MOV R1,#03HSAW1: MOV DPTR,#7FF8H MOVX DPTR A ；A/D转化 MOV R2,#20HDLY: DJNZ R2,DLY ; 延时HERE: JB P3.3 ,HEREMOV DPTR,#7FF8HMOVX A,DPTR ;读转化结果MOV R0,AINC R0DJNZ R1,SAM1RET3滤波子程序程序流程图中值滤波子程序CX串长DICX-1SAMP+BXSAMP+BX+2BXBX+2CXDIBXN/2RESULTSAMP+BXSAMP+BXSAMP+BX+2CX1=0？CX=0？返回BX0程序清单FILTER: MOV A, 20HCJ

18、NE A,2DH CMP1AJMP CMP2CMP1: JNC CMP2 XCH A,2DH XCH A,2CHCMP2: MOV A,2DH CJNE A,22EH,CMP3 MOV 2AH,A AJMP RRCMP3: JC CMP4 MOV 2AH,A AJMP RRCMP4: MOV A,2EHCJNE A,2CH,CMP5MOV 2AH ,AAJMP RRCMP5: JC CMP6 XCH A,2CHCMP6: MOV 2AH,ARR: RET4显示子程序程序清单DIR: MOV SCON ,#00H ;置串行口移位存放器状态SETB P1.4 ;开显示JB 5DH,DL1 ;显示设

19、定温度DL2: MOV DPTR,#SEGTDL0: MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV SBUF ,ALOOP1: JNB TI, LOOP1 CLR TIINC R0MOV A,R0MOVC A,A+DPTRANL A, #7FH ；使数带小数点MOV SBUF ,ALOOP2: JNB TI,LOOP2CLR TIINC R0MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,ALOOP3: JNB TI,LOOP3CLR TICLR 5DHRETDL1: MOV 50H,#0AH AJMP DL2SEGT: DB 0C0H ,0F9H,0A4H,0B0H,99H,

20、92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH(5)标度转换子程序程序清单SCACOV : PROC NEAR MOV DX,0 MOV DATA1,#258H MOV DATA2,#708H MOV DATA3,#960H PROC NEAR MOV DX,0 MOV AX,DATAP CMP AX,DATA3 JAE Q3DOR CMP AX,DATA2 JAE Q3-Q2 CMP AX,DATA3 JAE Q2-Q1 Q0: MOV BX,0.8H MUL BX ADC DX,0 JMP DONEQ2-Q1: MOV AX,#15EH Q3-Q2: SUB AX,DATA2 MUL

21、BX MOV AX,#15EH SUB AX,BX MOV R1,APP: RET(6)键盘子程序程序清单KEYS： CLR EX0 CLR EA PUSH PSW PUSH ACC ；关中断 LCALL DLY10MS ；消抖CC： JB P3。2 AASETB 5DH ；置“显示设定值温度值标志MOV A，25H ；取运算位的值MOV B，#10H ；BCD码转化DIV A BMOV 52H， AMOV A, BMOV 51H, AMOV R0,#50HLCALL DIR ;显示设定温度NOPLCALL DLY10MSNOPLCALL DLY10MSJB P1.7 ,BBMOV R1,#2

22、5HLCALL DAAD1NOP LCALL DLY10MS AJMP CCBB: JB P1.6 CCMOV R1,#25HLCALL DEEC1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCAA: POP ACCPOP PSWSETB EX0SETB EA ;出栈RETI(7)数字控制器子程序程序流程图数字控制器计算程序输入滤波后采样值及给定值求偏差EK计算a0e(k) 计算a1e(k-1)计算a0e(k)-a1e(k-1)计算b1u(k-1)计算a0e(k)-a1e(k-1)+b1u(k-1)计算b2u(k-3)U(k)=a0e(k)+a1e(k-1)+b0u(k-1)+b1u(k-3)

23、传递数据为下一次采样做准备子程序 返回程序清单此程序用PLC单片机语言实现：大林算法程序该程序的功能是实现U(K)=6.974* E(K)0.797* E(K-1)0.1144* U (K-1)+U(K-3)的迭代入口：E1为规格化数出口：OP1为规格化数LIST P=16F877INCLUDE P16FACCALO EQU 20ACCAHI EQU 21EXPA EQU 22ACCBLO EQU 23ACCBHI EQU 24EXPB EQU 25ACCCLO EQU 26ACCCHI EQU 27ACCDLO EQU 28ACCDHI EQU 29TEMP EQU 2ATEMP1 EQU

24、30TIMES EQU 31SIGN EQU 2BCOUNT EQU 2FACCEHI EQU 30ACCELO EQU 31OP1LO EQU 32OP1HI EQU 33OP1EX EQU 34 ;U(K)OP2LO EQU 35OP2HI EQU 36OP2EX EQU 37 ;U(K-1)OP3LO EQU 38OP3HI EQU 39OP3EX EQU 3A U(K-2)OP4LO EQU 3BOP4HI EQU 3COP4EX EQU 3D U(K-3)E1LO EQU 3EE1HI EQU 3FE1EX EQU 40 E(K)E2LO EQU 41E2HI EQU 42E2EX

25、EQU 43 E(K-1)TEM1LO EQU 44TEM1HI EQU 45TEM1EX EQU 46TEM2LO EQU 47TEM2HI EQU 48TEM2EX EQU 49ORG 0X000START GOTO DALINDALIN MOVLW 0XCAMOVWF ACCBLOMOVLW 0X37MOVWF ACCBHIMOVLW 0X03MOVWF EXPBMOVF E1LO,0MOWF ACCALOMOVF E1HI,0MOWF ACCAHIMOVF E1EX,0MOWF EXPA ；6.974* E(K)CALL F_mpy ;调用乘法子程序MOVF ACCBLO,0MOVWF

26、 TEM1LOMOVF ACCBHI,0MOVWF TEM1HIMOVF EXPB,0MOVWF TEM1EX ；将积存入tem1MOVLW 0X01MOVWF ACCBLOMOVLW 0X33MOVWF ACCBHIMOVLW 0X00MOVWF EXPBMOVF E2LO,0MOWF ACCALOMOVF E2HI,0MOWF ACCAHIMOVF E2EX,0MOWF EXPA ；0.797* E(K-1)CALL F_mpy ;调用乘法子程序MOVF TEM1LO,0MOVWF ACCALOMOVF TEM1HI,0MOVWF ACCAHIMOVF TEM1EX,0MOVWF EXPA

27、 ; 6.974* E(K)0.797* E(K-1)CALL F_sub ;调用加法子程序MOVF ACCBLO,0MOVWF TEM1LOMOVF ACCBHI,0MOVWF TEM1HIMOVF EXPB,0MOVWF TEM1EX ；将6.974* E(K)0.797* E(K-1)的和存入tem1MOVLW 0X92MOVWF ACCBLOMOVLW 0X3AMOVWF ACCBHIMOVLW 0XFDMOVWF EXPBMOVF E1LO,0MOWF ACCALOMOVF E1HI,0MOWF ACCAHIMOVF E1EX,0MOWF EXPA ；0.1144* U (K-1)C

28、ALL F_mpy ；调用乘法子程序MOVF TEM1LO,0MOVWF ACCALOMOVF TEM1HI,0MOVWF ACCAHIMOVF TEM1EX,0MOVWF EXPA ; 6.974* E(K)0.797* E(K-1)0.1144* U (K-1)CALL F_add ;调用加法子程序MOVF ACCBLO,0MOVWF TEM1LOMOVF ACCBHI,0MOVWF TEM1HIMOVF EXPB,0 ；将6.974* E(K)0.797* E(K-1) 0.1144* U (K-1)的和存入tem1MOVWF TEM1EX MOVLW 0X2DMOVWF ACCBLOMOVLW 0X38MOVWF ACCBHIMOVLW 0X00MOVWF EXPBMOVF OP4LO,0MOWF ACCALOMOVF OP4HI,0MOWF ACCAHIMOVF OP4EX,0MOWF EXPA ；0.8856*U(K-3)CALL F_mpy ;调用乘法子程序MOVF