第一章緒論溫度作為生產(chǎn)生活中一個非常重要的生產(chǎn)參數(shù)，在科學(xué)，生產(chǎn)實踐的眾多領(lǐng)域中都有其重要的地位，也受到越來越多的科學(xué)研究的關(guān)注，隨著人們對溫度控制的研究越來越深入，人們對溫度精度的控制有著越來越搞得要求，溫度控制也與研究的結(jié)果有著重要的聯(lián)席，對于不同情況和工藝下的溫度要求，所采用的軟件，硬件，方案都有著不同。溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)控制中有著很廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，科學(xué)研究以及日常生活領(lǐng)域中占著重要的位置，溫度系統(tǒng)是人們?nèi)∨嵩O(shè)備的重要驅(qū)動裝備，其出現(xiàn)已經(jīng)有幾百年的歷史，這段時間，從低級到高級，從簡單到復(fù)雜，隨著時代的不斷進步，隨著生產(chǎn)設(shè)備對于溫度控制越來越高的要求，溫度控制技術(shù)也在迅猛發(fā)展。溫度控制技術(shù)經(jīng)歷了開關(guān)、PID、智能的發(fā)展階段，開關(guān)控制的溫度控制方法較為簡單別沒有考慮到溫度有著延遲緩慢滯后的特性，會導(dǎo)致系統(tǒng)控制精度不高緩慢等后果。PID控制使系統(tǒng)對于比例積分微分參數(shù)進行運算后得出的結(jié)果作為參數(shù)，改變控制變量誤差是控制進程能夠正常繼續(xù)。而智能控制的發(fā)展，是在沒有人為的情況下，所實現(xiàn)的一種自動控制方式，智能控制有著適應(yīng)性非常高，學(xué)習(xí)能力，協(xié)調(diào)能力，從而保證工業(yè)要求，對于溫度控制精度的要求。溫度控制國內(nèi)的發(fā)展水平普遍不高，同發(fā)達國家的溫控技術(shù)還有這不小的差距。相對比較成熟的產(chǎn)品也主要是以PID控制器為主。相比較而言，只能夠滿足一般的工業(yè)溫度要求，難于控制，而對于需要較高精度的智能化，自適應(yīng)產(chǎn)業(yè)的需求還不太成熟，目前國外的溫度控制技術(shù)正在，精度高、智能化方向迅猛發(fā)展。 在當前的生活環(huán)境中，溫度扮演著重要的角色。自工業(yè)革命以來，溫度對于能否掌握工業(yè)發(fā)展的命脈息息相關(guān)，在眾多的工業(yè)領(lǐng)域中，越來越不滿足于傳統(tǒng)的溫度控制方式，對于測溫元件，測溫方式方法控制溫度的時效精度都有著越來越高的要求，因此我們需要更加簡單、穩(wěn)定、自適性強的溫度控制系統(tǒng)1.2本論文主要研究內(nèi)容以電加熱爐為被控對象，采用工控機和亞當ADAM4000的A/D、D/A數(shù)據(jù)采集模塊，構(gòu)成DDC控制系統(tǒng)對溫度進行控制。恒溫控制，控溫規(guī)模為室溫至80℃，精度為±1℃。采用Kingview組態(tài)軟件作為系統(tǒng)開發(fā)工具，編制監(jiān)控界面及控制算法程序。第二章DDC控制系統(tǒng)概述2．1DDC控制系統(tǒng)的概念：DDC體系是一個閉環(huán)控制體系，是計算機在工業(yè)生產(chǎn)過程中最經(jīng)常使用的利用體例。DDC體系中的計算機直接承當節(jié)制使命，是以必要具備杰出的及時性、高可靠性和適應(yīng)性。2．2系統(tǒng)組成：DDC控制系統(tǒng)由被控工具、檢測儀表、執(zhí)行機構(gòu)(調(diào)節(jié)閥、電熱絲等)構(gòu)成。)，以及工業(yè)控制機器。工控機由CPU、存儲器、通訊外設(shè)和與被控工具相連的進程輸入/輸出接口四部門組成，其中，進程輸入接口a/d用于將反映進程狀況和各類參數(shù)的變送器電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并實時發(fā)送給上位機；進程輸出接口d/a，用于將主機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成適用于各大執(zhí)行器的電信號(4-20ma或0-20ma)；人機對話體系供操縱職員監(jiān)督和操縱。2．3DDC系統(tǒng)的功能DDC系統(tǒng)必須具備的功能可以歸結(jié)為:(1)將模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的量；(2)顯示測量值、給定值和常數(shù)；(3)在線變更已設(shè)置信息(給定值和設(shè)置參數(shù))；(4)測量值的自動記錄；(5)限值比較，限值發(fā)出上限或下限報警信號；(6)根據(jù)控制規(guī)則(如PID)計算偏差信號，將得到的閥位變化量輸出到接收部分，最后將得到的閥位變化量發(fā)送到調(diào)節(jié)閥。2．4DDC控制系統(tǒng)的原理：本實驗采用直接數(shù)字控制(DDC)，即用計算機代替模擬調(diào)節(jié)器檢測生產(chǎn)過程中的各種受控變量，并按預(yù)定算法(如PID控制)進行計算，然后通過輸出通道發(fā)出控制信號，直接作用于執(zhí)行機構(gòu)(如電控閥)，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)、設(shè)備(或生產(chǎn)過程)的自動控制。以便保持調(diào)節(jié)量恒定。Adam模塊相當于DDC的輸入輸出通道，實現(xiàn)a/d、d/a轉(zhuǎn)換，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并通過RS485/232通信發(fā)送給計算機，主機輸出控制信號到被控對象上。力控pcauto6.0是控制系統(tǒng)的核心，通過I/o驅(qū)動定義連接和現(xiàn)場通訊，通過畫面組態(tài)實現(xiàn)顯示、報警、監(jiān)控和控制數(shù)據(jù)輸入，通過實時數(shù)據(jù)庫連接I/o通道，運行時實現(xiàn)I/o連接狀態(tài)監(jiān)控顯示，控制策略是整個控制系統(tǒng)的核心(即實現(xiàn)PID算法控制)。圖2.3直接數(shù)字控制（DDC）DDC系統(tǒng)具有計算能力強的優(yōu)點，易于實現(xiàn)串級控制、前饋控制、自動選擇控制和大滯后補償控制等多種較為復(fù)雜的控制規(guī)律。DDC系統(tǒng)對計算機的要求很高，因為如果計算機發(fā)生故障就會使所有控制回路發(fā)生故障，直接影響生產(chǎn)，這就是本系統(tǒng)的缺點2．5工程實際本次所嘗試的設(shè)備是一臺具有控制力的效果的設(shè)備，為操縱相關(guān)職工人員提供現(xiàn)場監(jiān)控畫面舉行監(jiān)控操縱，按照相關(guān)算法計錄現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)，并輸出節(jié)制信號，控制對象為:液位、流量、溫度、壓力；檢測儀器有:液位變送器、流量傳感器、溫度傳感器(pt100、cu50)；。執(zhí)行機構(gòu)為qstp16-k電動智能調(diào)節(jié)閥和aijk三端雙向可控硅功率調(diào)節(jié)觸發(fā)器；進程輸入接口為Adam4017，具有多路切換、信號預(yù)處理、a/d接口等功能；第3章ADAM-4000智能模塊及硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)整體設(shè)計方案整個電熱爐的溫度控制系統(tǒng)，由ADAM-4520與ADAM-4117和ADAM-4024模塊連接組成一個控制系統(tǒng)，將溫度信號通過傳感器輸出電信號，變送器之后輸出電壓，電壓經(jīng)過A/D，D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成電信號輸送給調(diào)功器，之后由改變電壓的裝置和電熱爐組成一個完整的溫度控制系統(tǒng)。3.2ADAM-4000的簡介3.2.1模擬量輸入/輸出模塊1.ADAM4017模塊對于4017智能模塊電流范圍為0-20ma，4–20ma。當輸入電流信號時，4017需要將125ω精度電阻器焊接到內(nèi)部電路板，而4017只需要跳線。4017模塊無4-20ma信號范圍。4017支持Modbus協(xié)議，而4017模塊不支持。圖3.2接線圖圖3.3輸入信號接線圖2.ADAM-4018+/4018模塊Adam-4018是一個8通道熱電偶輸入模塊，類似于內(nèi)部電路域4017，可用于熱電偶和電流輸入。熱電偶的測量范圍根據(jù)不同類型可在-100℃~1800℃，用作電流輸入，測量范圍為4~20ma。產(chǎn)業(yè)熱電偶作為丈量相關(guān)溫度的傳感器，凡是與表現(xiàn)儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器相關(guān)聯(lián)席使用，可以直接丈量分歧范圍內(nèi)的溫度。如果與輸出4-20ma、0-10v標準電流電壓信號的溫度變送器耦合，對于實驗室等短程應(yīng)用，直接引入熱電偶信號Adam-4018進行測量。圖3.4ADAM-4018+3.ADAM-4015模塊Adam-4015是一個6通道差分熱阻輸入模塊，輸入類型支持pt100RTD、pt1000RTD等。其電源和網(wǎng)絡(luò)電氣布線與4017相同。4.ADAM-4024模塊4024適用于電壓或電流模擬輸出場合，如給定變頻器控制、電動門控制開啟等。信號可以長距離輸。3.2.2開關(guān)量輸入/輸出模塊1．ADAM-4055模塊支持Modbus協(xié)議，其電氣接線圖與4017/4017模塊相同。輸入電壓10v-50v，分別支持干接點、濕接點兩種連接方式，輸出電壓5-40v開集電極輸出，接線圖如圖3-11所示。4055開關(guān)輸入信號一樣平常會請求無源量，如溫度開關(guān)、流量開關(guān)等。輸出必要的負載，比方說中心繼電器或直接驅(qū)動直流螺線管。圖3.54055干接點輸入圖3.64055濕接點輸入圖3.74055數(shù)字量輸出2.ADAM-4068/4060模塊Adam-468支持Modbus協(xié)議，其接觸功率為:交流125v×0.6a，交流250v×0.3a；直流電壓為30v*2a，110v*0.6a..電源和網(wǎng)絡(luò)接線圖類似于Adam-4055。3.2.3計數(shù)/頻率輸入模塊Adam-4080模塊具有計數(shù)和測頻功能。提供TTL輸入和光隔離輸入信號接口方式，并提供連接端口。Adam-4080可用于計數(shù)和測量頻率的場合，如水果生產(chǎn)線的水果計數(shù)。3.2ADAM-4000聯(lián)網(wǎng)3.2.1ADAM-4520模塊簡介ADAM-4520是RS-232與RS-485的信號轉(zhuǎn)換器，RS-232接口連接器孔型為DB-9，速率(bps)1.2,2.44.8,9.6,19.2,38.4,57.6,115.2KB/S。其外形圖如圖3-14所示。3.2.2RS485聯(lián)網(wǎng)以ADAM-4017+，ADAM-4055為例，當通信距離較遠時，RS485通信線路的一端和另一端為并聯(lián)端子電阻。圖3.9RS485聯(lián)網(wǎng)3.2.3RS485，RS232通信協(xié)議簡介表3-1RS-232，RS-485，RS-4223.4系統(tǒng)的硬件連線對于系統(tǒng)的硬件連線，將ADAM-4520分別與ADAM-4117，ADAM-4024的DATA+和DATA-連接，三個模塊的供電電壓均設(shè)置為24V，實現(xiàn)硬件的接線設(shè)置。ADAM-4117輸入接口Vn0+、Vn0-接電熱爐的接口Uout+、Uout-實現(xiàn)對溫度的采集，ADAM-4024接口VOUT0、GND接電熱爐的輸入接口UIN+，UIN-完成對加熱裝置兩端電壓的監(jiān)控。低功率發(fā)熱體溫度控制系統(tǒng)的硬件連接電路圖。圖3.16硬件連接電路圖第4章組態(tài)王KingView6.51及軟件設(shè)計4.1組態(tài)王KingView簡介組態(tài)王軟件是亞控科技根據(jù)自動化的發(fā)展，面向低端市場的產(chǎn)品，組態(tài)王保持其功能豐富且強的，運行穩(wěn)定并且使用方便的特點為用戶提供了豐富易用的界面設(shè)置。組態(tài)王能夠?qū)崿F(xiàn)開發(fā)用時的大大縮短，在簡便快捷的基礎(chǔ)上，保證對于監(jiān)控以及數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量。是實現(xiàn)快速設(shè)計的應(yīng)用工具。組態(tài)王軟件中所使用的工程管理器是一個相對獨立使用的文件，可以快速查詢使用組態(tài)王程序中各個部分的功能組成，實現(xiàn)工程的壓縮、備份、數(shù)據(jù)的導(dǎo)入以及到處、實現(xiàn)系統(tǒng)的執(zhí)行。組態(tài)王為用戶提供了極為強大的繪圖繪制工具，其中包括直線折線等與之類似的功能均與一般的繪制軟件類似，大部分用戶可直接使用。組態(tài)王使用了如鼠標右鍵的快速菜單選擇，用戶可以，快速從界面中找到自己所需的部分，大幅度降低用戶的整體使用難度。相比較于現(xiàn)在越來越復(fù)雜的使用界面使用系統(tǒng)，對用一般的用戶當然希望系統(tǒng)能夠越來越操作簡單，擁有靈活的使用方式，不需要學(xué)習(xí)復(fù)雜的使用技巧，對于能夠經(jīng)歷用戶數(shù)千計成功的使用，組態(tài)王在系統(tǒng)開發(fā)方面是有著自己的成功之處的。組態(tài)王基于用戶對于各種圖像元器件的使用頻率和需求，其內(nèi)部為使用者提供了極為龐大的圖形庫，預(yù)先為用戶建立了大量的可組合的圖像元件類似于按鈕，指示燈，計算機，等元件圖形。組態(tài)王還完善了對于與多媒體的使用交互。組態(tài)王為用戶提供了強大的命令語言，使用了c語言當中的一個部分，使用者不需要對c語言精通即可輕松地使用，并迅速地掌握，其中所需的所有命令語言只需要在對話框中書寫即可，組態(tài)王亦為用戶提供了豐富的函數(shù)功能。組態(tài)王亦為用戶提供了極為強大的安全系統(tǒng)，通過分級的方法，為操作者的優(yōu)先級進行了規(guī)定，在實際的運行中，若操作者的操作優(yōu)先級低于可訪問優(yōu)先級，則不可訪問并操作。安全系統(tǒng)的使用在工程軟件中使用相當廣泛，考慮到有多個用戶接觸使用一個系統(tǒng)，為了方便的管理一整個流程的各個控制過程，引入了安全區(qū)，將操作對象分別設(shè)置于安全區(qū)。4.2組態(tài)王KingView6.51軟件進行組態(tài)4.2.1組態(tài)王啟動“組態(tài)王”的安裝步驟如下：第一步：啟動計算機系統(tǒng)。第二步：用戶通過單擊安裝啟動安裝程序。在安裝文件夾中圖4.1類型設(shè)置4.2.2建立新工程圖4.2組態(tài)王程序新建界面1.在菜單中選擇新建工程，出現(xiàn)向?qū)υ捒?，圖4.3工程創(chuàng)建3.在界面中輸入工程新建的名稱，如果有必要加入描述圖4.4名稱描述4.單擊完成。完成工程建立。4.2.3組態(tài)王KingView6.51軟件進行組態(tài)（1）在工程界面中新建一個工程（2）將ADAM-4117智能模塊添加到程序當中，具體位置在com1中。（4）將串行端口com1奇偶校驗設(shè)置為“無檢查”。（5）信號測試（6）建立變量（7）在組態(tài)王中添加字符對象（8）建立字符對象與變量的連接（9）存盤運行圖4.5建工程圖4.6在COM2添加，此時無外部智能模塊圖4.7設(shè)置4017+模塊的組態(tài)王地址圖4.8奇偶校驗4.3系統(tǒng)主界面設(shè)計電熱爐溫度控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面設(shè)置，主要包含主要畫面，歷史曲線、報警界面、數(shù)據(jù)界面等。監(jiān)控畫面包括仿真實現(xiàn)、PID參數(shù)設(shè)置、手動、自動切換設(shè)置，相關(guān)變量的實時變化曲線、歷史曲線、數(shù)據(jù)查詢處理等。第5章系統(tǒng)的運行與調(diào)試5.1系統(tǒng)命令語言實現(xiàn)對于本次實驗的命令語言編寫，我們將Adam-4117和Adam–4021連接，為了滿足系統(tǒng)的要求，在組態(tài)王軟件中進行相關(guān)命令語言的實現(xiàn)。5.2系統(tǒng)調(diào)試關(guān)于整個電熱爐的溫度控制系統(tǒng)，由ADAM-4520與ADAM-4117和ADAM-4024模塊連接組成一個控制系統(tǒng)，變送器輸出電壓，電壓經(jīng)過A/D，D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成電信號輸送給調(diào)功器，之后由改變電壓的裝置和電熱爐組成一個完整的溫度控制系統(tǒng)。當通信指示燈顯示為綠色是開始進行實驗，首先將運行方式改變?yōu)槭謩舆\行，打開SV按鈕，溫度定為50攝氏度，輸入通過手動方式溫度值為90，使測量的值接近SV。設(shè)置PID初始值后溫度的測量值也能夠保持在一定的范圍內(nèi)，手動切換為自動，對于PID控制器的參數(shù)調(diào)整，本次實驗采用經(jīng)驗方法，適用于此次實驗的PID設(shè)置為比例系數(shù)KP=10，積分參數(shù)ti=0.1，微分常數(shù)TD=0.2，系統(tǒng)的調(diào)試運行結(jié)果，溫度控制系統(tǒng)能夠很好的實現(xiàn)實際要求的系統(tǒng)運行，系統(tǒng)超調(diào)量小、調(diào)節(jié)周期短、控制的溫度范圍能夠保持在-0.5攝氏度范圍內(nèi)，能夠達到本次實驗的要求。結(jié)束語系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果表明，此次電熱爐溫度控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對