毕业设计电炉温度微机监控系统.doc

毕业设计、毕业论文题 目 电炉温度微机监控系统 学 院 电气与电子工程学院 专业班级 060307 指导教师 姓 名 2010年 6 月 9 日摘要此题目系在学校立项，已验收实验室建设项目，电炉温度微机监控系统电气控制部分的设计要求，是完成控制硬件输入/输出通道、加热炉主回路、控制电路、保护电路、电源电路和显示电路等单元回路设计，主要实现的功能为：加热功能、定温功能、定时功能、温度检测功能、报警显示该系统加热功率为1000W，温度控制功能，在上位计算机设定的时间和温度值，实现0—300摄氏度调节同时系统还具有超温报警功能，数码显示功能该系统覆盖了多门理论知识通过此次设计对微型计算机控制技术、微机接口技术、电力电子技术和自动控制原理理论等专业知识的综合应用，提高了计算机文字处理和辅助设计能力、硬件设计能力、软件设计能力以及程序调试能力。

关键词 PID控制；控制算法；参数整定Title Furnace temperature control system computer AbstractThe subject line in the school project, laboratory projects, computer monitoring system of electric furnace temperature control part of the design is complete control of hardware input / output channels, furnace main circuit, control circuit, protection circuit, power circuit and display circuit unit circuit design, main features are: heating, constant temperature function, timing, temperature detection, alarm display. The system is a heating power of 1000W, temperature control, the host computer to set the time and temperature, adjusted to achieve 0-300 degrees Celsius. System also has the over temperature alarm, digital display of the system covers more than theoretical knowledge portal. Through the design of micro-computer control technology, computer interface technology, power electronics technology and Automatic Control theory the integrated application of professional knowledge and improve word processing and computer aided design capabilities, hardware design capability, software design capabilities and program debugging capabilities . Keywords：PID control; control algorithm; parameter tuning目 录1 概述 11.1选题背景 11.2 方案论证 11.3 控制系统组成 12 硬件环境及接口电路设计 42.1 上位计算机——戴尔Dimension 9100 42.2 串行口扩展 42.3 下位计算机STD 5088 CPU工控机 52.3.1 8088 CPU(V20) 112.3.2 8253可编程定时器 122.3.3 8259中断管理器 132.3.4 8250异步通信适配器 142.4 总线规范 162.5 PCI总线电气规范 182.6 A/D转换 222.7 温度变送器 312.8 全数字移相触发交流调压电路 353 软件环境及程序设计 383.1 Visual Basic程序设计语言 383.2 Voice-pilot语音命令生成软件 393.3 Turbo-C程序设计语言 393.4上位计算机程序设计 403.5 下位计算机程序设计 424 控制算法及实验结论 444.1 PID控制算法 444.2 预给定PID 474.3 PID参数整定 48致 谢 51参考文献 52附 录 54附录 A：上位计算机程序清单 54附录 B：下位计算机程序清单 721 概述1.1选题背景 现在工业的生产规模越来越大，过程越来越复杂，相应的自动化程度越来越高。

常规的控制仪表和逻辑装置在处理随机控制、最优控制和多变量控制等方面能力极其有限，这些问题只有采用计算机控制技术才能解决现在的计算机技术突飞猛进的发展，已使计算机在工业领域中的应用相当普及面对这种社会需求的教学任务，我院计算机控制系统实验室在近几年的建设中已初具规模但现在开设的几门实验都是计算机应用的基础实验还没有组成完整的计算机控制的系统实验1.2 方案论证本题目——计算机控制实验系统是我院计算机控制系统实验室的建设项目在我的导师柳清蕴老师近一学期耐心指导下，我在电炉温控部分基本调试完毕整个题目的方案确定及软硬件环境的选择，都是基本与教学紧密结合及充分利用我院实验室现有设备的基础上在设计过程中，从硬件到软件每一处都为这套实验系统再开发提供了友善的接口，能很方便地增加控制算法及控制单元，并将最终扩充成为一个集散控制系统等雏形同时在这次设计中，把计算机应用的两个先进技术引入到工业控制领域Windows软体平台应用；多媒体语音合成识别1.3 控制系统组成计算机控制实验系统由一台上位计算机及多台下位计算机组成，如图（图1-1）上位计算机作为控制信息的集中管理，下位计算机作为控制算法的实现下位计算机初步定为这样四个单元：电炉温度控制单元，流量、压力、液位控制单元，直流电机调速单元，交流电机调速单元。

本次论文只讨论电炉温度控制单元上位计算机为戴尔Dimension 9100它丰富的系统资源配合Windows软体平台实现了功能强大的多任务管理系统，并提供了优质的图形界面戴尔Dimension 9100独有语音处理电路使这套系统具有了新的生命力为了与多台下位计算机通讯（实验室大多计算机都只有RS-232串行口），上位计算机又扩充了一块RS-232串行口卡通过串行口卡与每一台下位计算机通讯实现集中管理下位计算机电炉温度控制单元采用STD总线工业控制计算机STD 5088/V20系统被控对象是一台食品电烤炉前向通过采用晶闸管全数字移相触发调压电路直接控制电炉的电压来调节加热功率后向通道采用WZP-320铂电阻作温度传感器，DBW-130温度变送器，ICL7109 12位A/D转换电炉温度控制单元功能为：（1） 任意曲线温度给定（2） 历史温度，控制电压曲线纪录（3） 实时控制参数整定（4） 控制算法：PID（5） 三种控制选择：暂停，手动控制，PID控制（6） 语音操作提示：语音命令温度指标：（已在PID算法调试达到）（1） 控温范围：0到300摄氏度（2） 稳态精度：±0.5摄氏度（3） 过渡过程时间：11分钟（开环控制为56分钟）（4） 阶跃给定超调：5摄氏度（5） 爬坡给定超调：5摄氏度计算机控制实验系统框图如图（图1-1）所示：2 硬件环境及接口电路设计2.1 上位计算机——戴尔Dimension 9100戴尔Dimension 9100配备了Intel最新的Pentium D820双核心64位处理器，此款处理器采用LGA775接口，主频为2.8GHz，提供高达1MB的二级缓存，前端总线为800MHz，支持EM64T、Enhanced SpeedStep和Execute Disable Bit技术。

再配合Intel 945P主板可充分的发挥该CPU的性能不仅如此，DELL还为Dimension 9100配备了4条DDR2-667 512MB内存光存储方面Dimension 9100配备了16X DVD-ROM和16X DVDRW，配合双核心CPU让您看DVD与刻录两不误在软驱的应用已经很少，但做一些启动盘和引导盘时软盘还是最为方便的，在软驱下面DELL为用户提供了音频、麦克和两个USB前置接口，让大家在使用时更加简便，Dimension 9100机器采用了英特尔主推的BTX设计，背板只有音频接口、网线接口和USB接口与Microsoft Windows配合，实现功能强大的多任务系统多媒体是当前计算机领域中一个热门的话题，在多媒体产品中，首先被选中的就是声音卡声音卡是计算机用来采集合成音频信号的外设其主要功能：（1）录制，编辑和回放数字音频文件；（2）控制声源的音量，并混合到一起，以便数字化；（3）在记录和回放数字音频文件时进行压缩和解压缩，以节省存储空间；（4）具有初步的语音识别功能，让用户用口令指挥计算机工作；（5）具有MIDI接口，计算机可以控制多台带MIDI接口的电子乐器。

戴尔Dimension 9100的声音卡直接装在主机板上他们采用雅马哈公司的OPL-2 OPL-3 FM合成电路安装有话筒插口，线路输入插口，立体声输出插口，立体声扬声器插口它能以8位和16位分辨率工作，以15kHz、32kHz、44.1kHz的采样频率对声音信号进行量化，已大大超过MPC标准2.2 串行口扩展　 EIA RS-232C 是由美国电子工业协会 EIA（Electronic Industry Association）在1969年颁布的一种串行物理接口标准RS（Recommended Standard）是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数RS-232C 总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道 　　在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线 　　RS-232C 标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特　　RS-232C 标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。

传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信 串行通信接口标。