PDF《一种精密温度控制仪》

一种精密温度控制仪 刘彤(中国铝业股份有限公司郑州研究院 河南 郑州 450041) 〔 摘要〕 采用精密温度补偿及在传统 PID 调节基础上运用模糊控制运算 ,实现以单片机为基础开发研制 的精密温度控制仪 ,并输出时间开关量信号和 4~20mA 标准电流信号 ,为闭环控制及温度值远传提供依据.

〔 关键词〕 温度补偿 A/ D 转换 D/ A 转换 时间开关量 中图分类号 :TP13 文献标识码 :B 文章编号 :1004 - 4345(2003) S -

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03 A Kind of Precise Temperature Control Instrument Liu T ong (Zhengzhou Research Institute of China Aluminum Industry Co. Ltd. , Zhengzhou , Henan

450041 ) Abstract By adopting precise temperature compensation and applying fuzzy control operation on the basis of traditional PID adjustment , realize the precise temperature control instrument that is developed and produced based on monolithic processor and output the signals of time switching value and 4~20mA standard current to provide the basis for closed - loop control and remote transmission of temperature value. Keywords temperature compensation A/ D switchover D/ A switchover time switching value

1 引言 温度控制是过程控制中重要课题 ,各行业对高性 能的温度控制仪需求日益增加.本文介绍一种精密 的温度控制仪 ,它采用单片机技术 ,控制精度高 ,可随 时修改控制参数 ,任意设定控制曲线 ,自动实现温度 补偿 ,具有断电保护功能;

面板设有

5 个工作状态指 示灯 ,两排各

5 个7段数码管显示屏 ;

操作简便 ,由8个键完成程序、 参数设定及手/ 自动、 启动等所有操 作.

2 主要技术指标 (1) 工作电压 :220VAC ±

10 % ,50Hz ;

(2) 测、 控温范围 :0 ℃ ~1

300 ℃;

(3) 测、 控温精度 :优于 0.

5 % ;

(4) 感温元件 :K型热电偶 ;

(5) 调节方式 :模糊数字 PID ;

(6) 开关量输出 :5VDC ,500mA ;

(7) 电流输出 :4~20mA ;

(8)继电器报警输出:2 路,触点容量:250V AC ,5A;

(9) 工作环境温度 :0 ℃ ~70 ℃;

(10) 工作环境湿度 : <

85 %RH. 收稿日期 :2003 -

08 -

19 刘彤:工程师

3 控制算法 数字 PID 增量表示形式是 : Un = kp {[ en - en -

1 ] + en *Ts/ Ti + [ ( en - en - 1) - ( en -

1 - ee) ] *Td/ Ts} = kp [ en + en * Ts/ Ti + 2en *Td/ Ts ] = kp en + ki en + kd

2 en 其中 : kp :微分系数 ,习惯称比例系数 ;

ki :单位时间内比例系数 ,习惯称积分系数 ;

kd :单位时间内二次微分 ,习惯称微分系数 ;

在传统 PID 控制系统中 ,常产生超调和阻尼振 荡 ,如图 1. 图1传统 PID 控制曲线 被控量在接近控制点时 ,如果偏差大于 T ,采用 传统 PID 调节控制;

如果偏差在小于 T 范围,逼近控 第24 卷增刊首届全国有色金属自动化技术与应用学术年会论文集

2003 年10 月?1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 制点时 , 传统 PID 的kkd 减少一系数成为 kp1 、ki1 、 kd1 ,p 、 ki 、 使PID 控制作用减小 ;

如果偏差在大于 T 范围 ,远离控制点时 ,传统 PID 的kp 、ki 、kd 增 加一系数成为 kp2 、 ki2 、kd2 ,使PID 控制作用加强. 促使被控量逼近控制点 ,形成模糊 PID 控制.

4 温度控制仪结构、 原理及功能简介 该控制仪以

8031 单片机为基础研制 ,硬件主要由 输入单元、 主控单元、 输出单元、 面板等部分组成. 4.

1 主控单元 主控单元是温控仪的核心 ,以单片机

8031 为中 心 ,扩展 CMOSEPROM27C