沈阳理工大学课程设计
目录
第一章绪论 (1)
1.1温度控制系统研究背景 (1)
1.2PLC概况 (2)
1.3研究主要内容 (2)
第二章控制系统结构图的设计 (3)
2.1控制系统结构图 (3)
2.2系统结构组成 (3)
第三章硬件设计、线路板设计 (4)
3.1I/O分配表 (4)
3.2硬件接线图 (4)
3.3温度检测和控制模块 (5)
第四章软件设计 (6)
4.1PID控制程序设计 (6)
4.2PID在PLC中的回路指令 (8)
4.3回路输入输出变量的数值转换方法 (9)
4.4程序设计流程图 (10)
4.5S7-200程序设计梯形图 (11)
第五章系统测试 (16)
5.1PLC调试方法与结果 (16)
5.2MCGS调试方法与结果 (16)
第六章锅炉夹套水温PID控制 (17)
6.1控制原理框图 (17)
6.2实验内容与步骤 (18)
第七章组态软件界面、逻辑、代码 (21)
7.1MCGS组态软件 (21)
7.2组态软件设计 (22)
7.3代码 (23)
第八章数据采集硬件系统构件、连线 (24)
8.1数据采集硬件系统构件 (24)
8.2硬件系统连线 (24)
第九章实验结果曲线及分析 (25)
第十章总结 (27)
参考文献 (28)
第一章绪论
1.1 温度控制系统研究背景
温度与人们的生存生活生产息息相关。从古人类的烧火取暖，到今天的工业温度控制，处处都体现了温度控制。随着生产力的发展，人们对温度控制精确度要求也越来越来高，温度控制的技术也得到迅速发展。
传统的温度控制器多由继电器组成的，但是继电器的触点的使用寿命有限，故障率偏高，稳定性差，无法满足现代的控制要求。而随着计算机技术的发展，嵌入式微型计算机在工业中得到越来越多的应用。将嵌入式系统应用在温度控制系统中，使得温度控制系统变得更小型，更智能。随着国家的“节能减排”政策的提出，嵌入式温度控制系统能够降低能耗，节约成本这一优点使得其拥有更加广阔的市场前景，而PLC就是最具代表性的一员。目前智能温度控制系统广泛应用于社会生活、工业生产的各个领域，适用于家电、汽车、材料、电力电子等行业，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代化的建设中，能源的需求非常大，然而我国的能源利用率极低，所以实现温度控制的智能化，有着极重要的实际意义。
温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比有着较大差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪50年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主。它只能适应一般温度系统控制，难以控制滞后、复杂、时变温度系统。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品。但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后还没有开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试确定。
国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。日本、美国、德国、瑞典等技术领先的国家，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。
1.2 PLC概况
可编程控制器(Programmable Controller)是集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动控制装置。其性能优越，已被广泛的应用于工业控制的各个领域，并已经成为工业自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）之一。
PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 CPU 从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。 PLC 就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。
1.3 研究主要内容
本设计的主要流程为使用组态软件MCGS作为上位机，以S7-200 PLC作为下位机，上位机通过PPI通讯读写下位机内存状态，下位机通过程序控制温度对象。
本设计的主要内容有：
(1)使用组态软件MCGS制作控制对象的工艺流程，报警组态，实时曲线与历史曲线等。
(2)MCGS与S7-200 PLC的通讯研究。
(3)温度控制系统的温度采集与控制电压输出。
第二章控制系统结构图的设计
2.1 控制系统结构图
温度控制系统的结构图如图2.1所示，该结构包括一台计算机、一台S7-200 PLC、一个输出电压控制电路、一个温度检测电路、一个加热器、一个模拟量输入输出模块和串口通信线路等组成。
图2.1 控制系统结构
2.2 系统结构组成
MCGS组态软件的系统结构组成有：
(1)上位机
在温度控制系统中，控制现场往往是高温、高辐射等，这些现场很危险，工作人员一般不在现场，无法了解现场各种情况。而上位机的设计就是为了让工作人员对现场的各个环节的工作状态有着清晰的了解，更好的管理现场。
(2)下位机
为了实现自动控制系统中的各种复杂的控制算法，使系统智能化，设计了下位机。下位机由输入输出模块、PLC和单片机等组成，实现数据采集、运算、输出等任务。
(3)现场
即被控对象，在现场有许多传感器仪表，功率设备等，实现对现场变量的检测及对下位机的各种控制信号的响应等。
第三章硬件设计、线路板设计3.1 I/O分配表
表3.1 I/O分配表
3.2 硬件接线图
图3.1 硬件连接图
电流变送器
电压变送器
未使用输入端
电载电载
图3.2 EM 235 CN连接图
3.3 温度检测和控制模块
由学校提供，模拟真实锅炉的温度检测和控制模块，可自行将0～10V模拟信号转化为占空比对锅炉进行加热。输出的模拟信号也是0～10V，锅炉外接24V直流电源。
第四章 软件设计
4.1 PID 控制程序设计
模拟量闭环控制较好的方法之一是PID 控制，PID 在工业领域的应用已经有60多年，现在依然广泛地被应用。人们在应用的过程中积累了许多的经验，PID 的研究已经到达一个比较高的程度。
比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。其特点是具有快速反应，控制及时，但不能消除余差。
在积分控制(I)中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。
在微分控制(D)中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。微分控制具有超前作用，它能猜测误差变化的趋势。避免较大的误差出现，微分控制不能消除余差。
图4.1
闭环控制系统
如图4.1所示，PID 控制器可调节回路输出，使系统达到稳定状态。偏差e 和输入量r 、输出量c 的关系:
)()()(t c t r t e -= （4-1）
控制器的输出为： ])()(1)([)(1
0dt
t de T dt t e T t e K t u d i p ++
=? （4-2） )(t u ---------PID 回路输出 p K ----------比例系数P
i T -----------积分系数I
d T -----------微分系数D
PID 调节的传输函数为
]11[)()()(S T S
T K s E s U s D d i p ++== （4-3） 数字计算机处理这个函数关系式，必须将连续函数离散化，对偏差周期采样后，计算机输出值。其离散化的规律如表3.1所示：
表4.1 模拟与离散形式
所以PID 输出经过离散化后，它的输出方程为:
0)()()()]}1()([)()({)(u n u n u n u n e n e T Td i e T T n e K n u d i p n i i p +++=--++=∑= （4-4）
式中，
)()(n e K n u p p = 称为比例项
∑==n i i
p i i e T T K n u 0)()( 称为积分项 )]1()([)(--=n e n e T
T K n u d p d 称为微分项 上式中，积分项是包括第一个采样周期到当前采样周期的所有误差的累积值。计算中，没有必要保留所有的采样周期的误差项，只需要保留积分项前值，计算机的处理就是按照这种思想。故可利用PLC 中的PID 指令实现位置式PID 控制算法量。
4.2 PID在PLC中的回路指令
西门子S7-200系列PLC中使用的PID回路指令，见表4.2
表4.2 PID回路指令
使用方法：当EN端口执行条件存在时候，就可进行PID运算。指令的两个操作数TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VB100，因为一个PID回路占用了32个字节，所以VD100到VD132都被占用了。LOOP是回路号，可以是0～7，不可以重复使用。PID回路在PLC中的地址分配情况如表3.3所示。
表3.3 PID指令回路表
4.3 回路输入输出变量的数值转换方法
本文中，设定的温度是给定值SP ，需要控制的变量是炉子的温度。但它不完全是过程变量PV ，过程变量PV 和PID 回路输出有关。在本文中，经过测量的温度信号被转化为标准信号温度值才是过程变量，所以，这两个数不在同一个数量值，需要他们作比较，那就必须先作一下数据转换。传感器输入的电压信号经过EM235转换后，是一个整数值，但PID 指令执行的数据必须是实数型，所以需要把整数转化成实数。使用指令DTR 就可以了。如本设计中，是从AIW0读入温度被传感器转换后的数字量。其转换程序如下:
MOVW AIW0 AC0
DTR AC0 AC0
MOVR AC0 VD100
因为PID 中除了采样时间和PID 的三个参数外，其他几个参数都要求输入或输出值0.0~1.0之间，所以，在执行PID 指令之前，必须把PV 和SP 的值作归一化处理。使它们的值都在0.0~1.0之间。单极性的归一化的公式：
)32000/(raw noum R R （4-5）
PID 参数整定方法就是确定调节器的比例系数P 、积分时间Ti 和和微分时间Td ，改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。
经验法又叫现场凑试法，它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经验，利用一组经验参数，根据反应曲线的效果不断地改变参数，对于温度控制系统，工程上已经有大量的经验，其规律如表3.4所示
表4.4 温度控制器参数经验数据
根据反复的试凑，调处比较好的结果是P=15，I=2.0，D=0.5
4.4 程序设计流程图
图3.2 设计流程图
主程序 子程序0
中断程序
4.5 S7-200程序设计梯形图
1)读入模拟信号，并把数值转化显示锅炉的当前电压
2)判断炉温是否在正常范围，打亮正常运行指示灯/温度越上限报警指示灯
启动过程：按下启动按钮后，开始标志位M0.1置位，M0.2复位。打开运行指示灯Q0.0，熄灭并停止指示灯初始化PID。开始运行子程序0。
停止过程：按下停止按钮后，开始标志位M0.1复位，点亮停止指示灯，熄灭运行指示灯。并把输出模拟量AQW0清零，停止锅炉继续加热。停止调用子程序0，仍然显示锅炉温度。
停止时模拟量输出清零，防止锅炉继续升温。
1）输入设定温度
2）把设定温度、P值、I值、D值都导入PID
3）每100ms中断一次子程序进行PID运算
导入DIP。
中断程序。
1）模拟信号的采样处理，归一化导入PID 2）DIP程序运算
3）输出DIP运算结果，逆转换为模拟信号
第五章系统测试
5.1 PLC调试方法与结果
PLC程序的调试分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前首先对PLC外部接线作仔细检查，外部接线一定要准确无误。也可以用事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。为安全考虑，最好将主电路断开。
将编写完成的程序逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。当我写完程序过后，首先编译检查错误，看使用的语句中是否有违反PLC规定的用法，发现了语句错误过后马上进行修改，通过多次的修改，最后程序没有语言错误，下面就是检查是否有逻辑错误，看整个程序的运行状况怎么样，能否达到预期的效果。在第一次运行的过程中有一段语句出现了红色的情况，当程序运行到那里时就会出现乱码，后来经过计算分析，原来是调用数据是调错了，该处的数据只能是0-1之间的数，后来将该处处理后，程序运行正常。
我写程序是分块写的，首先写的是数据采集块，数据采集就是主要是将采集到的数据进行处理，经过一系列的数据变换使的最后的显示值和所测量的温度值一致。在写数据采集程序的过程中也遇到一些问题，通过同学的帮助，最后将这些问题解决了，正常的实现了数据采集。然后写的是数据输出，数据输出程序也包括了PID运算程序，写好后就是出现了数据溢出的情况，后来分析发现是PID算法内的数据搞错了。最后进行了数据滤波程序的编写，数据滤波程序是在同学的帮助下完成的。通过多天的程序调试和修改，通过状态表监视，整个程序基本符合设计要求。为人机界面的编写做好了准备。
5.2 MCGS调试方法与结果
MCGS的调试也是主要检查各个变量是否准确无误的连接上了，是否能正常的通讯，MCGS人机界面的制作还算比较顺利，除了曲线设置出了点问题外，其他都还能正常通讯，通过变量的连接，可以通过MCGS实时的修改PID参数，得到控制曲线，通过多次的调整MCGS最后成功的完成了，在保存的过程中遇到过一些问题，做好的MCGS关后怎么也打不开了，后来老师给我们说了怎么弄，按照老师说的方法，最后能正常的用了。
第六章锅炉夹套水温PID控制
在系统的学习了《自动控制原理》，《过程检测技术及仪表》，《控制仪表及装置》等课程后，为了更好的提高我们对所学知道的认识加深对理论知识的理解。借助THJ-4工程实验平台，通过对下水箱前馈反馈控制系统的设计，调试完成系统设计的设计与开发提高学生工程意识和能力提高创新能力。
1．了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。
2．了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。
3．研究调节器相关参数的改变对温度控制系统动态性能的影响。
4．分析比较锅炉夹套水温控制与锅炉内胆动态水温控制的控制效果。
6.1 控制原理框图
图6.1 锅炉夹套水温定值控制系统
(a)结构图 (b)方框图
本实验系统结构图和方框图如图6.1所示。本实验以锅炉夹套作为被控对象，夹套的水温为系统的被控制量。本实验要求锅炉夹套的水温稳定至给定值，将铂电阻TT2检测到的锅炉夹套温度信号作为反馈信号，与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉夹套水温的目的。在锅炉夹套水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由
于锅炉夹套的温度升降是通过锅炉内胆的热传导来实现的，所以夹套温度的加热过程容量时延非常大，其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。实验中用变频器支路以固定的小流量给锅炉内胆供循环水，以加快冷却。
图6.1（b）为一个单回路的锅炉夹套温度控制系统的结构框图.实验前先用丹麦泵给锅炉内胆打适量的水，而锅炉夹套为动态环水,变频器,齿轮泵，锅炉内胆组成循环供水系统。实验投入运行后，变频器以固定得频率使锅炉夹套得水处于循环状态。在单回路的锅炉夹套温度控制系统中，若没有循环水加以快速热交换，散热过程相对比较缓慢，温度调节得效果受对象特性和环境的限制，在精确和稳定性上存在着一定的误差。当增加了循环水系统以后，有利于热交换并提高散热能力。相比与静态温度控制实验，在控制的精确性，快速性上有很大的提高。本系统控制的被控制量锅炉夹套水温，既控制任务是控制锅炉夹套水温等于给定值，并采取工业智能PID调节。
6.2 实验内容与步骤
本实验选择锅炉夹套水温作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将F2-6，F2-9，F2-8打开。将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水，然后关闭变频器、关闭F2-8，打开F2-9，为给锅炉内胆供冷水作好准备。
1、比例调节器( P )控制
（1）按图6.1（b）所示方框图的要求接成实验系统。
（2）打开储水箱到锅炉内胆和锅炉夹套水路相关阀门，启动丹麦甭既变频器与齿轮泵两条动力支路，分别往锅炉内胆和锅炉夹套进水，约进1-2分钟后，关闭两套动力系统。
（3）启动工艺流程并开启相关仪器和计算机，把智能调节器置于“手动”输出，把温度设定于某给定值（如：水温控制在40°C）并设置相关参数，使调节器工作在比例度（δ）调节器状态，此时系统处于开环状态。
（4）启动变频器，以15赫兹的频率启动循环水系统。
（5）运行MCGS组态软件，进入相应的试验，观察实时或历史曲线，待水温（由智能调节器的温度显示器指示）基本稳定于给定值后，将调节器“手动”切换至“自动”位置，使系统变为闭环控制运行。待基本不再变化时，加入阶跃扰动。
通过改变智能调节器的设定值来实现，观察并记录在当前比例P余差和超调量.每当改变值δ后，,再加同样大小的阶跃信号，比较不同δ时的ess和σp。
图6.2 锅炉夹套温度P控制不同P时的阶跃响应曲线
（6）记录实验过程各项数据绘成过渡过程曲线。（数据可在软件上获得）
改变变频器的输出频率，观察并记录在当前比例度δ余差和超调量。待系统稳定后，再改变输出频率，比较不同的输出频率时的ess和σp。
2、比例积分(PI)调节器控制
（1）在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，加入积分(“I”)作用，观察被控制量能否回到原设定的位置，以验证系统在PI调节器控制下没有余差。
（2）固定比例度δ值（中等大小），然后改变积分时间常数Ti值，观察加入扰动后被调量的动态曲线，并记录下不同Ti值时的超调量σp。
图6.3 锅炉夹套温度PI控制不同I时的阶跃响应曲线
表6.1 不同Ti值时的超调量σp
基于PID法的温度控制 摘要：一种新型的PID温度控制系统，该系统采用单片机芯片，可方便对系统加热周期T及PID中的个参数进行线性修改；具有对高低进行报警功能。主要研究PID算法。 关键字：单片机；温度控制；PID控制器 引言：在化工、石油、冶金等生产过程的物理过程和化学反应中，温度往往是一个很重要的量，为了达到所需的精度范围，采用PID控制，对PID的各种参数进行整定以满足不同的场合。 一、温度控制器的主要问题及解决方法 1、传统的温度控制器的问题 传统的温度控制器的电热元件一般以电热棒、发热圈为主，两者里面都用发热丝制成。发热丝通过电流加热时，通常达到1000℃以上，所以发热棒、发热圈内部温度都很高。一般进行温度控制的电器机械，其控制温度多在0-400℃之间，所以，传统的温度控制器进行温度控制期间，当被加热器件温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热。但这时发热棒或发热圈的内部温度会高于400℃，发热棒、发热圈还将会对被加热的器件进行加热，即使温度控制器发出信号停止加热，被加热器件的温度还往往继续上升几度，然后才开始下降。当下降到设定温度的下限时，温度控制器又开始发出加热的信号，
开始加热，但发热丝要把温度传递到被加热器件需要一定的时候，这就要视乎发热丝与被加热器件之间的介质情况而定。通常开始重新加热时，温度继续下降几度。所以，传统的定点开关控制温度会有正负误差几度的现象，但这不是温度控制器本身的问题，而是整个热系统的结构性问题，使温度控制器控温产生一种惯性温度误差。 2、PID控制解决 要解决温度控制器这个问题，采用PID控制技术，是明智的选择。PID控制，是针对以上的情况而制定的、新的温度控制方案，用先进的数码技术通过Pvar、Ivar、Dvar三方面的结合调整，形成一个模糊控制，来解决惯性温度误差问题。然而，在很多情况下，由于传统的温度控制器温控方式存在较大的惯性温度误差，往往在要求精确的温控时，很多人会放弃自动控制而采用调压器来代替温度控制器。但是用调压器来代替温度控制器时，必须在很大程度上靠人力调节，随着工作环境的变化而用人手调好所需温度的度数，然后靠相对稳定的电压来通电加热，勉强运作，但这决不是自动控温。当需要控温的关键很多时，就会手忙脚乱。这样，调压器就派不上用场，因为靠人手不能同时调节那么多需要温控的关键，只有采用PID模糊控制技术，才能解决这个问题，使操作得心应手，运行畅顺。 二、该温控系统的结构和原理： 1、系统的结构： 系统功能主要实现断水保护和高水位指示、自动保温、自动报警
三菱PLC和FX2N-4AD-TC实现温度PID闭环控制系统的学习参考。。。。。。
风机鼓入的新风经加热交换器、制冷交换器、进入房间。原理说明：进风不断被受热体加温，欲使进风维持一定的温度，这就需要同时有一加热器以不同加热量给进风加热，这样才能保证进风温度保持恒定。 plc接线图如下，按图接好线。配线时，应使用带屏蔽的补偿导线和模拟输入电缆配合，屏蔽一切可能产生的干扰。fx2n-4ad-tc的特殊功能模块编号为0。
输入和输出点分配表 这里介绍pid控制改变加热器（热盘管）的加热时间从而实现对温度的闭环控制。
在温度控制系统中，电加热器加热，温度用热电耦检测，与热电耦型温度传感器匹配的模拟量输入模块 fx2n-4ad-tc将温度转换为数字输出，cpu将检测的温度与温度设定值比较，通过plc的pid控制改变加热器的加热时间从而实现对温度的闭环控制。pid控制时和自动调谐时电加热器的动作情况如上图所示。其参数设定内容如下表所示。 三菱plc和fx2n-4ad-tc实现温度pid闭环控制系统程序设计：
用选择开关置x10作为自动调谐控制后的pid控制，用选择开关置x11作为无自动调谐的pid控制。 当选择开关置x10时，控制用参数的设定值在pid运算前必须预先通过指令写入，见图程序0步开始，m8002为初始化脉冲，用mov指令将目标值、输入滤波常数、微分增益、输出值上限、输出值下限的设定值分别传送给数据寄存器d500、d512、d515、d532、d533。 程序第26步，使m0得电，使用自动调谐功能是为了得到最佳pid控制，自动调谐不能自动设定的参数必须通过指令设定，在第29步～47步之间用mov指令将自动调谐用的参数（自动调谐采用时间、动作方向自动调谐开始、自动调谐用输出值）分别传送给数据寄存器d510、d511、d502。 程序第53步开始，对fx2n-4ad-tc进行确认、模式设定，且在plc运行中读取来自fx2n-4ad-tc的数据送到plc的d501中，103步开始对pid动作进行初始化。 第116步开始，x10闭合，在自动调谐后实行pid控制，当自动调谐开始时的测定值达到目标值的变化量变化1/3以上，则自动调谐结束，程序第128步～140步，自动调谐
毕业论文(论文) 题目名称：单片机温度控制系统PID设计 题目类别：毕业设计 系（部）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 辅导教师： 时间：至 目录 任务书............................................................ I
毕业设计(论文)开题报告........................................... IV 毕业设计(论文)指导教师审查意见.................... 错误！未定义书签。教师评语.......................................... 错误！未定义书签。摘要............................................................. V Abstract ......................................................... VI 前言........................................................... VII 1 绪论 (1) 1.1选题背景 (1) 1.2 PID算法在控制领域中的应用 (2) 1.3 课题研究的目的及意义 (3) 2 总体方案论证与设计 (4) 2.1方案设计的要求与指标 (4) 2.2方案的可行性分析与方案选择 (4) 2.2.1方案可行性分析 (4) 2.2.2 方案的选择与确定 (6) 2.2.3系统结构框图 (6) 3 温度控制系统硬件设计和软件设计 (8) 3.1 系统硬件设计 (8) 3.1.1系统硬件组成 (8) 3.1.1.1AT89C51单片机的介绍 (8) 3.1.1.2测量温度元件的选择 (9) 3.1.1.3模数转换器ADC0809的介绍 (10) 3.1.1.4键盘和LED显示电路设计 (10) 3.1.1.5温度控制电路设计 (11) 3.2 系统软件设计 (11) 3.2.1主程序流程图及主程序 (11) 3.2.2 T0中断子程序 (15) 3.2.3 A/D转换子程序 (16) 3.2.4 数字滤波子程序 (18) 3.2.5温度标度变换子程序 (19) 3.2.6键盘显示子程序 (19) 3.2.7 PID算法介绍 (21) 4 系统仿真与调试分析 (21) 4.1系统仿真 (21) 4.2系统调试 (21) 5 结束语 (23) 参考文献 (23)
温度控制与PID算法 温度控制与PID算法j较为复杂，下面结合实际浅显易懂的阐述一下PID控制理论，将温度控制及PID算法作一个简单的描述。 1．温度控制的框图 这是一个典型的闭环控制系统，用于控制加热温区的温度（PV）保持在恒定的温度设定值(SV)。系统通过温度采集单元反馈回来的实时温度信号（PV）获取偏差值（EV），偏差值经过PID调节器运算输出，控制发热管的发热功率，以克服偏差，促使偏差趋近于零。例如，当某一时刻炉内过PCB板较多，带走的热量较多时，即导致温区温度下降，这时，通过反馈的调节作用，将使温度迅速回升。其调节过程如下：
温度控制的功率输出采用脉宽调制的方法。固态继电器SSR的输出端为脉宽可调的电压U OUT 。当SSR的触发角触发时，电源电压U AN通过SSR的输出端加到发热管的两端；当SSR的触发角没有触发信号时，SSR关断。因此，发热管两端的平均电压为U d＝(t/T)* U AN=K* U AN 其中K=t/T，为一个周期T中，SSR触发导通的比率，称为负载电压系数或是占空比，K 的变化率在0－1之间。一般是周期T固定不便，调节t, 当t在0－T的范围内变化时，发热管的电压即在0－U AN之间变化，这种调节方法称为定频调宽法。下面将要描述的PID 调节器的算式在这里的实质即是运算求出一个实时变化的，能够保证加热温区在外界干扰的情况下仍能保持温度在一个较小的范围内变化的合理的负载电压系数K。 2.温度控制的两个阶段 温度控制系统是一个惯性较大的系统，也就是说，当给温区开始加热之后，并不能立即观察得到温区温度的明显上升；同样的，当关闭加热之后，温区的温度仍然有一定程度的上升。另外，热电偶对温度的检测，与实际的温区温度相比较，也存在一定的滞后效应。这给温度的控制带来了困难。因此，如果在温度检测值（PV）到达设定值时才关断输出，可能因温度的滞后效应而长时间超出设定值，需要较长时间才能回到设定值；如果在温度检测值（PV）未到设定值时即关断输出，则可能因关断较早而导致温度难以达到设定值。为了合理地处理系统响应速度（即加热速度）与系统稳定性之间地矛盾，我们把温度控制分为两个阶段。
ＰＩＤ温度控制系统的设计 介紹以单片机为核心的PID控制温度控制系统,并给出了系统的硬件与软件设计方案。实验结果显示该系统的先进性。 标签：温控系统单片机PID控制 0 引言 控制仪表性能指标对温度控制有很大的影响,因此,常采用高性能调节仪表组成温控系统对被控对象(温度)进行严格控制。本文介绍以单片机AT89C51为核心器件构成的温度控制系统,它具有测量、控制精度高、成本低、体积小、功耗低等优点,可制成单机,广泛应用于冶金、化工、食品加工等行业对温度进行精确控制。 1 温控系统结构与工作原理 温控系统的结构如图1所示。热电偶测量出电炉的实际温度(mv信号),经放大、线性化、A/D转换处理后送入单片机接口。由键盘敲入设定温度值,此值与经A/D转换过的炉温信号存在一差值(假如两者温度不一致),由单片机PID调节电路进行比例、微分及变速积分算法对温控箱进行恒温控制。该系统采用传统的AT89C52单片机,其硬、软件完全符合系统的要求,为满足测控精确度的要求,A/D 电路选用12位转换器,分辨率为2-12。本系统采用三相数字过零触发器对六只晶闸管(Y/△接法均可)进行输出功率控制,即在电源电压过零时触发晶闸管,利用PID信号产生的控制信号使电流每周期按规定的导通波头数导通负载,达到控制输出功率,也就是控制炉温的目的。采用过零触发可减少电网谐波的产生,触发器与单片机光电隔离,可减少电网对微机的干扰,调功方式下电加温炉的平均功率为:P=3nU2/NR(1) 式中:P为输入电炉的功率;R为电炉的等效电阻;U为电网相电压;n为允许导通的波头数;N为设定的波头数。 注:公式(1)为负载Y接法适用 2 系统控制软件设计 2.1 PID参数的优化系统采用遗传算法(Genetic Algorithm,简称GA)离线优化PID参数[1]。20世纪70年代由美国J.Holland教授提出的遗传算法(GA)[2]是一种模拟生物进化过程的随机化搜索方法。它采用多路径搜索,对变量进行编码处理,用对码串的遗传操作代替对变量的直接操作,从而可以更好的处理离散变量。GA用目标函数本身建立寻优方向,无需求导求逆等复导数数学运算,且可以方便的引入各种约束条件,更有利于得到最优解,适合于处理混合非线性规划和多目标优化。系统采用二进制编码选择来操作,我们称为染色体串(0或1),每个串表
（2014届） 毕业设计 题目：基于PID的温度控制系统设计学院： ******** 专业：电气工程及其自动化 班级：电气*** 学号： ********** 姓名：某某某 指导教师：某某某 教务处制 年月日
诚信声明 我声明，所呈交的论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得＿＿＿＿＿＿或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。 论文作者签名：签名日期：年月日
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基于PID的温度控制系统设计 摘要 温度是工业上最基本的参数，与人们的生活紧密相关，实时测量温度在工业生产中越来越受到重视，离不开温度测量所带来的好处，因此研究控制和测量温度具有及其重要的意义。 本设计介绍了以AT89C52单片机为主控器件，基于PID的温度控制系统的设计方案和设计的基本原理。由DS18B20收集温度信号，并以数字信号的方式送给单片机进行处理，从而达到温度控制的目标。主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路由主控器件、温测电路、温控电路和显示电路等组成。软件设计部分包括：显示电路、温度信号处理，超温警报、继电器控制、按键处理等程序。 关键词：温度检测，温度控制，PID算法
温度的PID 控制 一．温度检测部分首先要OK. 二、PID 调节作用 PID 控制时域的公式 ))()(1)(()(?++ =dt t de Td t e Ti t e Kp t y 分解开来： (1) 比例调节器 y(t) = Kp * e(t) e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM 形式) # 输出与输入偏差成正比。只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调节 作用，使被控量朝着减小偏差的方向变化，具有调节及时的特点。但是， Kp 过大会导致动态品质变坏，甚至使系统不稳定。比例调节器的特性曲线. (2) 积分调节器 y(t) = Ki * ∫(e(t))dt Ki = Kp/Ti Ti 为积分时间 #TI 是积分时间常数，它表示积分速度的大小，Ti 越大，积分速度越慢，积分作用越弱。只要偏差不为零就会产生对应的控制量并依此影响被控量。增大Ti 会减小积分作用，即减慢消除静差的过程，减小超调，提高稳定性。 (3) 微分调节器 y(t) = Kd*d(e(t))/dt Kd = Kp*Td Td 为微分时间 #微分分量对偏差的任何变化都会产生控制作用，以调整系统输出，阻止偏差变化。偏差变化越快，则产生的阻止作用越大。从分析看出，微分作用的特点是：加入微分调节将有助于减小超调量，克服震荡，使系统趋于稳定。他加快了系统的动作速度，减小调整的时间，从而改善了系统的动态性能。 三．PID 算法： 由时域的公式离散化后可得如下公式：
y(k) = y(k-1)+(Kp+Ki+Kd)*e(k)-(Kp +2*Kd)*e(k-1) + Kd*e(k-2) y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM形式) y(k-1)为前一次输出的控制信号 e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） e(k-1) 为一次前的温差 e(k-2) 为二次前的温差 Kp 为比例系数 Ki = Kp*T/Ti T为采样周期 Kd = Kp*Td/T 四．PID参数整定（确定Kp,Ts,Ti,Td）： 温度控制适合衰减曲线法，需要根据多次采样的数据画出响应曲线。 所以需要通过串口将采样时间t, 输出y(t)记录下来，方便分析。 1)、不加入算法，系统全速加热，从常温加热到较高的温度的时间为Tk, 则采样时间一般设为 T = Tk/10。 2)、置调节器积分时间TI=∞，微分时间TD=0，即只加比例算法： y(k) = y(k-1)+Kp*e(k) 比例带δ置于较大的值。将系统投入运行。（δ = 1/Kp） 3)、待系统工作稳定后，对设定值作阶跃扰动，然后观察系统的响应。若响应振荡衰减太快，就减小比例带；反之，则增大比例带。如此反复，直到出现如图所示的衰减比为4：1的振荡过程时，记录此时的δ值（设为δS），以及TS 的值（如图中所示）。当采用衰减比为10：1振荡过程时，应用上升时间Tr替代 振荡周期TS计算。 系统衰减振荡曲线 图中，TS为衰减振荡周期，Tr为响应上升时间。 据表中所给的经验公式计算δ、TI及TD的参数。
PID温度控制器原理 | [<<][>>] 电脑控制温度控制器：采用PID模糊控制技术 *用先进数码技术通过Pvar、Ivar、Dvar（比例、积分、微分）三方面结合调整形成一个模糊控制来解决惯性温度误差问题。 据了解，很多厂家在使用温度控制器过程中，往往碰到惯性温度误差问题，苦于无法解决，依*手工调压来控制温度。 创新，采用了PID模糊控制技术，较好地解决了惯性温度误差问题。传统温度控制器，是利用热电偶线在温度化变化情况下，产生变化电流作为控制信号，对电器元件作定点开关控制器。 传统温度控制器电热元件一般以电热棒、发热圈为主，两者里面都用发热丝制成。发热丝通过电流加热时，通常达到1000℃以上，所以发热棒、发热圈内部温度都很高。一般进行温度控制电器机械，其控制温度多在0-400℃之间，所以，传统温度控制器进行温度控制期间，当被加热器件温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热。但这时发热棒或发热圈内部温度会高于400℃，发热棒、发热圈还将会对被加热器件进行加热，即使温度控制器发出信号停止加热，被加热器件温度还往往继续上升几度，然后才开始下降。当下降到设定温度下限时，温度控制器又开始发出加热信号，开始加热，但发热丝要把温度传递到被加热器件需要一定时候，这就要视乎发热丝与被加热器件之间介质情
况而定。通常开始重新加热时，温度继续下降几度。所以，传统定点开关控制温度会有正负误差几度现象，但这不是温度控制器本身问题，而是整个热系统结构性问题，使温度控制器控温产生一种惯性温度误差。 要解决温度控制器这个问题，采用PID模糊控制技术，是明智选择。PID模糊控制，是针对以上情况而制定、新温度控制方案，用先进数码技术通过Pvar、Ivar、Dvar三方面结合调整，形成一个模糊控制，来解决惯性温度误差问题。然而，在很多情况下，由于传统温度控制器温控方式存在较大惯性温度误差，往往在要求精确温控时，很多人会放弃自动控制而采用调压器来代替温度控制器。当然，在电压稳定工作速度不变、外界气温不变和空气流动速度不变情况下，这样做是完全可以，但要清楚地知道，以上环境因素是不断改变，同时，用调压器来代替温度控制器时，必须在很大程度上*人力调节，随着工作环境变化而用人手调好所需温度度数，然后*相对稳定电压来通电加热，勉强运作，但这决不是自动控温。当需要控温关键很多时，就会手忙脚乱。这样，调压器就派不上用场，因为*人手不能同时调节那么多需要温控关键，只有采用PID模糊控制技术，才能解决这个问题，使操作得心应手，运行畅顺。例如烫金机，其温度要求比较稳定，通常在正负2℃以内才能较好运作。高速烫金机烫制同一种产品图案时，随着速度加快，加热速度也要相应提高。这时，传统温度控制器方式和采用调压器操作就不能胜任，产品质量就不能保证，因为烫金之前必须要把烫金机运转速度调节适当，用速度来迁就温度控制器和调压器弱点。但是，如果采用PID模
《计算机控制系统A》课程设计 任务书 一、目的与要求 1、通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握； 2、结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力； 3、培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力； 4、要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要 求，进行方案的总体设计和分析评估； 5、报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。 二、主要内容 1、数字控制算法分析设计； 2、现代控制理论算法分析设计； 3、模糊控制理论算法分析设计； 4、过程数字控制系统方案分析设计； 5、微机硬件应用接口电路设计； 6、微机应用装置硬件电路、软件方案设计； 7、数字控制系统I/O通道方案设计与实现； 8、PLC应用控制方案分析与设计； 9、数据通信接口电路硬件方案设计与性能分析； 10、现场总线控制技术应用方案设计； 11、数控系统中模拟量过程参数的检测与数字处理方法； 12、基于嵌入式处理器技术的应用方案设计； 13、计算机控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施分析设计； 14、计算机控制系统差错控制技术分析设计； 15、计算机控制系统容错技术分析设计； 16、工程过程建模方法分析； 三、进度计划 序号设计内容完成时间备注 1 选择课程设计题目，查阅相关文献资料7月13日 2 文献资料的学习，根据所选题目进行方案设计7月14日
3 讨论设计内容，修改设计方案7月15日 4 撰写课程设计报告7月16日 5 课程设计答辩7月17日 四、设计成果要求 1、针对所选题目的国内外应用发展概述； 2、课程设计正文内容包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等； 3、课程设计总结或结论以及参考文献； 4、要求设计报告规范完整。 五、考核方式 通过系统设计方案、总结报告、图文质量和学习与设计态度综合考评，并结合学生的动手能力，独立分析解决问题的能力和创新精神等。 《计算机控制系统课程设计》成绩评定依据如下： 1、撰写的课程设计报告； 2、独立工作能力及设计过程的表现； 3、答辩时回答问题的情况。 优秀：设计认真，设计思路新颖，设计正确，功能完善，且有一定的独到之处，打印文档规范； 良好：设计认真，设计正确，功能较完善，且有一定的独到之处，打印文档规范； 及格：设计基本认真，设计有个别不完善，但完成基本内容要求，打印文档较规范； 不及格：设计不认真，未能完成设计任务，打印文档较乱或出现抄袭现象者。 说明： 同学选择题目要尽量分散，并且多位同学选同一个题目时，要求各自独立设计，避免相互参考太多，甚至抄袭等现象。 学生姓名：苏印广 指导教师：李士哲 2015年7月17日
温度PID 控制实验 一、实验目的 1．加深对PID 控制理论的理解； 2．认识Labview 虚拟仪器在测控电路的应用； 3．掌握时间比例P、积分I、微分D 对测控过程连续测控的影响以及提高测控系统的精度； 4．通过实验，改变P、I、D 参数，观察对整个温度测控系统的影响； 5．认识固态继电器和温度变送器，了解其工作原理。 二、预习要点 1．PID 控制理论与传递函数。请学生在0-100 的范围里，自己选择较好的KP，KI，KD 值，用该控制参数进行后续实验； 2．了解A/D、D/A 转换原理； 3．Labview 虚拟仪器图形软件（本实验指导书附录中对使用环境详细介绍）。 三、实验原理 温度是通过固态继电器的导通关断来实现加热的，控制周期即是一个加热和 冷却周期，PID 调节的实现也是通过这个周期实现的，在远离温度预设值的时固 态继电器在温度控制周期中持续加热（假设导通时间是T），在接近温度预设值 时通过PID 得到的值来控制这一周期内固态继电器的开关时间（假设导通时间是 1/2T）维持温度（假设导通时间是1/4T）。如图1 所示： 图1 加热周期控制示意图 8 四、实验项目 1．用PID 控制水箱温度； 2．用控制效果对比完成数据对比操作，选出最佳值。 五、实验仪器 ZCK-II 型智能化测控系统。 六、实验步骤及操作说明 1．打开仪器面板上的总电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常；
2．打开仪器面板上的液位电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 3，确保贮水箱内有足够的水，参照图2 中阀门位置设置阀门开关，将阀门1、3、5、6 打开，阀门2、4 关闭； 图2 水箱及管道系统图 4．参看变频器操作说明书将其设置在手动操作挡； 5．单击控制器RUN 按钮，向加热水箱注水，直到水位接近加热水箱顶部，完 全 淹没加热器后单击STOP 按钮结束注水； 6．关闭仪器面板上的液位电源开关，红色指示灯亮起表示系统关闭； 7．打开仪器面板上的加热电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 8．打开计算机，启动ZCK-II 型智能化测控系统主程序； 9．用鼠标单击温度控制动画图形进入温度控制系统主界面，小组实验无须在个 人信息输入框填写身份，直接确定即可； 10．在温度系统控制主界面中，单击采集卡测试图标，进入数据采集卡测试程序。 请在该选项中确定选择设备号为端口1，因为我们接入数据采集卡的端口是1 号 9 端口，其他数据端口留做其他方面使用的，所以切记不能选错，否则程序会报 错 并强制关闭。选择采集通道时请选择0 号通道即温度传感器占用的通道。控制上、 下限选项是为设置报警电路所预设的，在本实验中暂未起用该功能，感兴趣的 同 学可以试着完善它，本实验报警数值是+1V 以下和+5V 以上，这里只做了解即可。 采样点数（单位：个）、采样速率（单位：个/秒）和控制周期（单位：毫秒） 请 参照帮助显示区进行操作，一切设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察 温 度和电压的变化，也可以单击冷却中左边的开关按钮进入加热程序，观察温度 上 升曲线及电流表和电压表变化，确认传感器正常工作后点击程序结束，等待返 回 主界面图标出现即可返回温度控制主界面进入下一步实验。 11．在温度系统控制主界面中，单击传感器标定图标，进入传感器标定程序。 本 程序界面和数据采集卡测试程序界面基本相同，操作请参照步骤10 进行，一切 设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察温度和电压的变化，同时用温度
基于单片机的PID温度控制系统 【摘要】本设计在单片机的基础上，利用PID算法完成了温度控制系统的硬件设计和软件设计，实现更加精确高效的水的温度控制。本系统主要分为单片机控制模块，LCD显示模块，传感器检测模块，继电器控制模块等，通过传感 器模块检测水温然后发送给单片机，单片机对数据进行处理后由LCD显示，同时反馈给继电器，继电器接收到信号后控制加热器进行对水温的加热，从而达到精确控制水的温度的目的。该系统以节能高效为出发点，适用于小到热带鱼缸大到渔场养殖等多种场所。 【关键词】单片机、PID、温度控制 1.前言 1.1课题的背景及研究意义 温度作为一个不可忽视的因素存在于现代工业的生产中，工业生产过程中的温度控制一直是十分重要的环节。但控制在工业生产中已很难把握，并且对于那些以严格为目标的生产工艺，太高或太低的温度会对生产效率和质量造成显著的影响，从而导致生产效益的降低。这就要求我们开发出一种能够很好控制并且可以随时将温度展示给客户观看的温度控制器。单片机拥有着如同那些计算机一样强大的数据分析与处理能力，通过与PID相结合，我们可以很大程度上提高控制程序的能力，这样就能使生产效益得到提高[2]。 温度的测量、控制与保持是单片机温度测量系统中的重要部分，温度测量是工业生产中最要要的物理量之一。而有效的测量温度的方法之一就是通过单片机，所以单片机温度测量系统能够广泛的应在工业生产中，在电力工程、化工、机械、冶金等重点行业，有一个重要的测量任务，在日常生活中也可以得到广泛的应用。 以热带鱼缸为例，系统设计不够周全、结构不够简单化、性价比不够高等问题普遍的存在于目前市场上的各种热带鱼缸中，很多的鱼缸在温度控制方面都存在着许多缺陷，比如对温度控制的不够精确，常常还没达到设定温度就停止加热等。即使它达到了设定的温度，也有因加热时间长短不能有效地控制而导致能量的浪费问题。本次设计的温度控制系统是以51单片机为基础利用PID算法进行精确的温度控制，功能主要有温度设定、显示与控制等方面。此控制器和显示装置与以前的相比具有成本低，高精度的温度控制和显示，使用方便，性能稳定等优点，可以提高能源利用效率，在经济与社会效益上有一定的推动[3]。 1.2国内外现状及水平 这几年，我们在理论上对温度控制的研究已经比较成熟，但是在具体的温度测量与控制上，我们对于如何精确的对其进行控制等方面还存在着一些问题。温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应温度控制，冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一数值上，且要求其波动幅度不能超过某一给定值。从工业温度控制器的发展过程来看，温度控制技术大致可分以下几种： 1.2.1定值开关温度控制法
PID温度控制的PLC程序设计（梯形图语言） PID温度控制的PLC程序设计 温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。 l 系统组成 本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。 l 触摸屏画面部分(见图1-a) 1-a 如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。 比例带: DM51 积分时间: DM52 微分时间: DM53 滞后值: DM54 控制周期: DM55 偏移量: DM56 数据刷新: 22905 l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STATEMENTLIST] LD //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 字串1 AND NOT //等于 OUT //初始化完成 LD TR0 AND OUT TR1 AND NOT //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57
成绩 《计算机控制技术》 课程设计 题目：基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 班级：自动化09-1 姓名： 学号： 2013 年 1 月 1 日
基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 摘要：电加热炉控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。本设计采用PID算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。 电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电。调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节，本设计以AT89C51单片机为控制核心，输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换，输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝。本系统PID算法，将温度控制在50～350℃范围内，并能够实时显示当前温度值。 关键词：电加热炉；PID ；功率；温度控制； 1.课程设计方案 1.1 系统组成中体结构 电加热炉温度控制系统原理图如下，主要由温度检测电路、A/D转换电路、驱动执行电路、显示电路及按键电路等组成。 系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小，温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V 的电压信号送入A/D 转换器使之变成数字量，此数字量通过接口送到微机，这是模拟量输入通道。 2.控制系统的建模和数字控制器设计 2.1 数字PID控制算法 在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。
实验四 温度PID 控制实验 1、实验目的 通过实验了解简单反馈系统的组成，掌握简单调节系统“手动-自动”无扰动切换投运方法以及用临界比例度法对调节器参数进行工程整定。 2、实验原理 温度控制系统实验原理框图如图4所示，图中电/气转换器、可控硅控制器和容器温度组成广义被控对象。容器温度为系统控制对象，记为T y 。温度变送器检测得到输出的4-20mA 的电流反馈信号T fy ，由数据采集卡经A/D 转换成数字信号，输入计算机。再与给定值T r （从键盘输入）比较，得到偏差信号。计算机根据偏差信号，执行相应的控制算法程序，例如，数字PID 控制算法、自校正控制算法、模糊控制算法或者其它控制算法等，计算出控制量经D/A 转换成1-5V 的电压，再经电压-电流转换器转换成4-20mA 的电流控制信号T u 。控制广义对象的输出T y ，使其跟踪给定值T r 。 图4 被控对象为容器温度，操作变量为可控硅电压输出的温度控制系统 该实验装置组成闭环控制系统时，计算机都采用增量式PID 算式： ))2()1(2)(()())1()(()1()(-+--++ --+-=k e k e k e T T k e T T k e k e K k u k u d i c （2-1） 其中： )(k u ：当前时刻的控制量 )1(-k u ：上一时刻的控制量 c K ：放大倍数，对应控制参数“P ” i T ：积分常数，对应控制参数“I ” d T ：微分常数，对应控制参数“D ” T ：控制周期 )(k e ：当前时刻的给定量和检测量的偏差 )1(-k e ：上一时刻的给定量和检测量的偏差 )2(-k e ：两个时刻前的给定量和检测量的偏差 3、接线说明 模拟信号端子板和测量信号以及控制信号的接线简图如图5所示
PID温度控制的PLC程序设计 温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。 l 系统组成 本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。 l 触摸屏画面部分(见图1-a) 1-a 如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。 比例带: DM51 积分时间: DM52 微分时间: DM53 滞后值: DM54 控制周期: DM55 偏移量: DM56 数据刷新: 22905 l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 AND NOT 255.06 //等于 OUT 041.15 //初始化完成 LD TR0 AND 041.15 OUT TR1 AND NOT 040.10 //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57 [NETWORK] Name="Setting Start"//设置开始 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 OUT TR0 AND 229.05 //触摸屏上的开始设置开关
温度控制pid 过控课程设计 摘要 人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色，可以说几乎80%的工业部门都不得不考 虑温度对自身系统的影响，温度是与人类生产生活密切相关的一个物理量，由此便产生了各种各样的温度测量方法。根据测温精度和范围的不同，可选用不同的测温方式。目前常常采用模拟集成温度传感器，该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器的特点是，功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。然而在很多工业应用的场合下，环境非常恶劣，这种以人工的方式直接操作设置仪表很不现实，采用有线数据通信的方式也会受很多环境、质量、功能等方面的限制，在数据记录上也还要靠人工抄写，不能形成自动控制的系统。 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影 响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 随着单片机技术的日益成熟，单片机在温度控制上的应用也日趋广泛。本文采用STC89C52单片机采用积分分离式PID算法和带死区的PID算法两种控制方式，并通过对试验结果的 比较，发现对控制精度较高的系统和响应速度较慢的系统带死区的PID算法确实不大实用，而前者在应一定程度上若再辅以微分先行则基本上能满足系统要求。 关键字：STC89C52单片机，PID算法，积分分离式，微分先行。 Abstract Man's living environment, the temperature plays a very important role, can be said that almost 80% of the industrial sector had to take into account the effects of temperature on their systems, temperature is closely related to human production and life of a physical quantity, thus given rise to a wide range of temperature measurement method. According to the different temperature measurement accuracy and scope may make use of the temperature in different ways. There is often analog integrated temperature sensor, the sensor is made using silicon semiconductor
P I D温度控制的P L C 程序设计(梯形图语言)
PID温度控制的PLC程序设计（梯形图语言） PID温度控制的PLC程序设计 温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。 l 系统组成 本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。 l 触摸屏画面部分(见图1-a) 1-a 如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。 比例带 : DM51 积分时间 : DM52 微分时间 : DM53 滞后值 : DM54 控制周期 : DM55 偏移量 : DM56 数据刷新 : 22905
l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STATEMENTLIST] LD 253.13 //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 字串1 AND NOT 255.06 //等于 OUT 041.15 //初始化完成 LD TR0 AND 041.15 OUT TR1 AND NOT 040.10 //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57 [NETWORK] Name="Setting Start"//设置开始 [STATEMENTLIST] LD 253.13 OUT TR0 AND 229.05 //触摸屏上的开始设置开关 DIFU 080.05 //设置微分
一、前言 能源问题已经是当前最为热门的话题，离开能源的日子，世界将失去一切颜色，人们将寸步难行，我们知道虽然电能是可再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠火力，核电等一系列不可再生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临电能资源的巨大的缺口，因而本设计从开源节流的角度出发，节省电能，保护环境。 本设计任务和主要内容： 设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为 1 升净水，容器为搪瓷或塑料器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。 本设计主要内容如下： （1）温度设定范围为：40～90℃，最小区分度为 1℃，标定温度≤1℃。 （2）环境温度降低时温度控制的静态误差≤1℃。 （3）用1602液晶显示水的实际温度。 （4）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。 （5）温度控制的静态误差≤0.5℃。 二、系统方案 1、温度传感器的选取 目前市场上温度传感器较多，主要有以下几种方案： 方案一：选用铂电阻温度传感器。此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很好,但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻。选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：采用DS18B20温度传感器。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出远端引入。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。 2、键盘显示部分 控制与显示电路是反映电路性能、外观的最直观部分，所以此部分电路设计的好坏直接影响到电路的好坏。 方案一：采用可编程控制器8279与数码管及地址译码器74LS138组成，可编程/显示器件8279实现对按键的扫描、消除抖动、提供LED的显示信号，并对LED显示控制。用8279和键盘组成的人机控制平台，能够方便的进行控制单片机的输出。 方案二：采用单片机AT89C52与4X4矩阵组成控制和扫描系统，并用89C52的P1口对键盘进行扫描，并用总线的方式在P0口接1602液晶来显示水温和设定值，这种方案既能很好的控制键盘及显示，又为主单片机大大的减少了程序的