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9.3 加热炉温度控制系统

9.3 加热炉温度控制系统. 温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金、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，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油、电等。但是就其控制系统本身的动态特性来说，基本上都属一阶纯滞后环节，因而在控制算法上亦基本相同。 实践证明，用微型计算机对炉窑进行控制，无论在提高产品质量和数量，节约能源，还是在改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。 本节主要介绍由 89C51 单片机组成的温度控制系统的组成原理及程序设计方法。. 9.3 加热炉温度控制系统. 9.3.1 温度控制系统的组成

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9.3 加热炉温度控制系统

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Presentation Transcript

  1. 9.3 加热炉温度控制系统 • 温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金、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，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油、电等。但是就其控制系统本身的动态特性来说，基本上都属一阶纯滞后环节，因而在控制算法上亦基本相同。 • 实践证明，用微型计算机对炉窑进行控制，无论在提高产品质量和数量，节约能源，还是在改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。 • 本节主要介绍由89C51单片机组成的温度控制系统的组成原理及程序设计方法。

  2. 9.3 加热炉温度控制系统 9.3.1 温度控制系统的组成 9.3.2 温度控制系统的硬件设计 9.3.3 数字控制器的数学模型 9.3.4 温度控制系统的软件设计 9.3.5 手动后援问题

  3. 9.3.1 温度控制系统的组成 8座退火炉 →S/H和A/D转换器 →数据处理→显示→报警→控制计算 →输出控制

  4. 9.3.1 温度控制系统的组成

  5. 9.3.2 温度控制系统的硬件设计 • 1. 检测元件及温度变送器 • 温度测量范围 0～900℃ • 输出信号为 0～41.2643mV (镍铬－镍铝热电偶 ) • 0～99℃时对应输出为 • 0～5V • 12位A/D转换器 • 采样分辨度为 99/4096≈0.25℃/LSB

  6. 2. A/D转换器及数据采样

  7. 9.3.2 温度控制系统的硬件设计 • 电路特点： • 带采样/保持器 ，又A/D的STS控制，当A/D转换正在进行时，STS输出为高电平，经反相后，变为低电平，送到S/H的逻辑控制端（Logic），使S/H处于保持状态，此时即可开始A/D转换 。 • 转换后的数字量由8031的数据总线分两次读到CPU寄存器。 • 转换结束后，STS由高电平变为低电平，反相后呈高电平，因而使S/H进入采样状态。这种方法不必单独送S/H控制信号，所以使系统运行速度加快。

  8. 9.3.2 温度控制系统的硬件设计 3. 键盘/显示接口电路 锁存，静态，硬件译码 中断键盘

  9. 9.3.2 温度控制系统的硬件设计 4. 报警电路 Lai=1，LBi =0，绿灯 Lai=0，LBi =1，红灯 Lai=1，LBi =1，黄灯 Lai=1，LBi =0，熄灭 驱动器 语音芯片

  10. 9.3.2 温度控制系统的硬件设计 5. 译码电路 控制端 00 选择端 24=16 输出端

  11. 9.3.2 温度控制系统的硬件设计 • A15 A14 A13 A12 A11 A9 A9 A8 A7～A0 • 1 1 1 1 0 0 0 0 0 ～0 0 F000H • 1 1 1 1 0 0 0 1 0 ～0 1 F90H • 1 1 1 1 0 0 1 0 0 ～0 2 F200H • 1 1 1 1 0 0 1 1 0 ～0 3 F300H • 1 1 1 1 0 1 0 0 0 ～0 4 F400H • 1 1 1 1 0 1 0 1 0 ～0 5 F500H • 1 1 1 1 0 1 1 0 0 ～0 6 F600H • 1 1 1 1 0 1 1 1 0 ～0 7 F700H • 1 1 1 1 1 0 0 0 0 ～0 8 F800H • 1 1 1 1 1 0 0 1 0 ～0 9 F900H • 1 1 1 1 1 0 1 0 0 ～0 9 FA00H • 1 1 1 1 1 0 1 1 0 ～0 11 FB00H • 1 1 1 1 1 1 0 0 0 ～0 12 FC00H • 1 1 1 1 1 1 0 1 0 ～0 13 FD00H

  12. 9.3.3 数字控制器的数学模型 9.3.3 数字控制器的数学模型

  13. 9.3.3 数字控制器的数学模型 • PID控制

  14. 9.3.4 温度控制系统软件设计 1. 控制系统主程序

  15. 9.3.4 温度控制系统软件设计 • ；温度控制系统主程序 • ；微型机温度控制系统译码器地址分配 • PCTL8255 EQU 0F93H • PC8255 EQU 0F92H • ；外部RAM地址分配 • CDATA EQU 00H ；数据采集单元首地址 • FDATA EQU 50H ；数字滤波后数据首地址 • ；内部RAM地址分配 • ALARMAX EQU 00H ；上限报警标志位首地址 • ALARMIN EQU 08H ；下限报警标志位首地址

  16. 9.3.4 温度控制系统软件设计 • ORG 0000H • LJMP MAIN • ORG 0003H • LJMP INT0 • ORG 000BH • LJMP INTT0 • ORG 001BH • LJMP INTT1 • ；主程序 • ORG 090H • MAIN： MOV SP，#69H • MOV A，#80H ；设置8255A工作方式 • MOV DPTR，# PCTL8255 • MOVX @DPTR，A

  17. 9.3.4 温度控制系统软件设计 MOV 20H，#00H ；清上、下限报警标志单元 • MOV 21H，#00H • ；清数据采集单元 • MOV R0，#00H • MOV R1，#50H • MOV A，#00H • MOV P2， #0F0H • CLEAR2：MOVX @R0，A • INC R0 • DJNZ R1，CLEAR2

  18. 9.3.4 温度控制系统软件设计 ；清中间结果单元 (略） ；清显示及缓冲区 (略） • LCALL DESPLAY ；调显示子程序 • LCALL ALARM ；输出报警指示灯 • SETB TR0 • SETB ET0 • SETB ET1 • SETB EA • HERE： AJMP HERE

  19. 9.3.4 温度控制系统软件设计 2. 定时采样处理中断服务程序 • （1）数据采集； • （2）数字滤波； • （3）标度变换； • （4）报警处理； • （5）显示通道号及温度； • （6）PID数字计算； • （7）PID控制输出等

  20. 9.3.4 温度控制系统软件设计 （1）数据采集模块 巡回检测的方法是先把8个通道各采样一次，然后再采第二次，第三次，……直到每个通道均采样5次为止。

  21. 9.3.4 温度控制系统软件设计

  22. 9.3.4 温度控制系统软件设计 • COLECT：MOV R0，#CDATA ；取采样数据首地址 • MOV COUNT，#05H ；送采样次数 • ROUT0： MOV CHADDR，#00H ；设通道号初值 • MOV BUFF，R0 ；保护通道号 • ROUT1： MOV A，CHADDR ；送通道号 • MOV DPTR，#LS175 • MOVX @DPTR，A • INC CHADDR ；通道号加 1 • NOP ；延时，使S/H稳定 • NOP

  23. 9.3.4 温度控制系统软件设计 • ROUT2：MOV DPTR，#AD574 ；启动A/D • MOVX @DPTR，A • ACALL DL30 ；延时，等待A/D转换结束 • MOVX A，@DPTR ；读入高8位 • MOV P2,#0F0H • MOVX @R0，A ；存放高8位 • INC DPTR ；使A0＝1 • INC R0 ；求低4位存放地址 • MOVX A，@DPTR ；读低4位 • MOVX @R0，A ；存放低4位 • MOV A，R0 ;求存放下一个通道数据地址 • ADD A，#09H

  24. 9.3.4 温度控制系统软件设计 • MOV R0，A • MOV A，CHADDR • CJNE A，#08H，ROUT1 ；判8个通道是否各采样一次 • DJNZ COUNT，BRANCH ；判是否采样5次 • MOV TH0，#3CH ；重新装入定时器0时间常数 • MOV TL0，#0B0H • SETB TR0 • RET • BRANCH： MOV R0，BUFF ；计算0#通道下一次采样地址 • INC R0 • INC R0 • AJMP ROUT0 • 本程序A/D转换采用延时方法，也可采用查询的方法。

  25. （2）报警处理模块

  26. 9.3.4 温度控制系统软件设计 • ALARM：LCALL TMAXCOMP ；温度上限报警检查 • LCALL TMINCOMP ；温度下限报警检查 • MOV A，20H • ORL A，21H • MOV P1，A ；输出温度上限、下限报警信号模型 • MOV A，20H • CPL A ；求正常信号模型 • ORL A，21H • MOV DPTR，#PC8255 MOVX @DPTR，A ；输出温度下限报警及正常信 ；号模型 • RET

  27. 9.3.4 温度控制系统软件设计 • ；上限报警比较子程序 • TMAXCOMP：MOV R0，#TEMPMAX ；取上限报警首地址 • MOV R1，#SDATA ；取采样数据首地址 • MOV R3，#08H ；设通道数 • MOV R2，#02H • COMP1： MOVX A，@R1 • MOV BUFF，A • MOVX A，@R0 • CJNE A，BUFF，COMP2 ；判断上限报警值与采样 • ;值高8位是否相等 • INC R0 ；求低8位数地址 • INC R1 • DJNZ R2，COMP1

  28. 9.3.4 温度控制系统软件设计 SETB ALARMAX ；相等，置报警标志 • COMP4：MOV A，20H • RL A • MOV 20H，A ；存入报警标志单元 • DJNZ R3，COMP1 ；检查8路是否比较完成 • RET • COMP3：CLR ALARMAX ；清报警标志位 • AJMP COMP4 • COMP2：JNC COMP3 ；置报警标志位 • SETB ALARMAX AJMP COMP4 • ；下限报警比较子程序(同上）

  29. 9.3.4 温度控制系统软件设计 3．数字控制器的程序设计

  30. 9.3.5 手动后援问题 9.3.5 手动后援问题 手动后援就是一旦系统自动状态发生故障时，则可转入手动状态工作。

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