基于AI808P智能仪表的程序升温控制论文
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南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院（系）：电子与电气工程学院专业：自动化学生：指导教师：完成日期2012 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）基于AI-808P智能仪表的程序升温控制Temperature Program Control Based on The IntelligentInstrument of AI-808P总计：27页表格：2个插图：24幅南阳理工学院本科毕业设计（论文）基于AI-808P智能仪表的程序升温控制Temperature Program Control Based on The IntelligentInstrument of AI-808P学院（系）：电子与电气工程学院专业：自动化学生姓名：学号：指导教师（职称）：评阅教师：完成日期：南阳理工学院Nanyang Institute of Technology基于AI-808P智能仪表的程序升温控制自动化专业[摘要]本设计以模拟夹套锅炉为控制对象，以AI-808P智能仪表为控制器，实现对锅炉温度升温-保温-降温的程序曲线控制。
升温、降温过程具有线性增加或递减的特点，且升温过程比降温过程惯性大，降温时冷却水注入有滞后，保温时控制精度较好。
通过RS485现场总线实现智能仪表和上位机的通讯，实现了对控温过程的计算机监控。
监控软件设计以力控组态软件为平台，开发监控画面，来达到对锅炉温度的实时实地监控,监控内容包括实验项目指导，控制参数设置与显示，响应曲线、实验数据记录等。
[关键词]智能仪表；RS485；温度；双极性控制Temperature Program Control Based on The IntelligentInstrument of AI-808PAutomation Specialty HE Bing-yangAbstract: This design develops the process of project and controls the temperature changing of the boiler by treating automated laboratory equipment as the controlled object and AI-808P intelligent instrument as the controller, as well as using the PC monitoring. The field bus RS485 communicates intelligent instrument and the dominant computer. The dominant computer is able to communicate one-on-one with smart instruments through the setting of the instrument's address. Using power and configuration control software as a platform, monitoring software design develops the monitor screen to achieve the real-time/site monitoring to the control system. The monitoring contains instruction of the experimental projects, control of parameter setting and display, the response curve, and the experimental data recorded, etc.Key words: Intelligent instrument; rs485; temperature; bipolar control system目录1 引言 (1)1.1 本课题目前研究综述 (1)1.1.1 本课题主要设计问题 (1)1.1.2 国外研究现状 (1)1.1.3 国内研究现状 (1)1.2 本课题提出的任务要求及实现的可行性分析 (1)1.3 本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 (2)1.3.1 关键问题 (2)1.3.2 解决的思路 (2)2 温度单极性控制系统的硬件设计 (2)2.1 单极性温度控制系统的硬件设计思路 (2)2.2 单极性温度控制系统的参数整定及上位机监控 (5)3 双极性温度控制系统的设计 (8)3.1 主要硬件介绍 (8)3.1.1 力控组态软件介绍 (8)3.1.2 智能仪表介绍 (8)3.2 双极性温度控制系统的设计思路 (11)3.3 双极性温度控制系统的参数整定及上位机监控 (14)4 升温-保温-降温的特点和控制规律的实验结果分析与总结 (19)5 设计过程中出现的问题及解决方法 (20)结束语 (21)参考文献 (22)附录 (23)致谢 (27)1 引言1.1 本课题目前研究综述1.1.1 本课题主要设计问题本项目为智能仪表AI-808P做控制器的过程控制项目，由调节阀和电加热器为执行器，对电加热锅炉的温度作为被控对象进行控制，利用力控组态软件对该过程控制进行监控。
涉及过程控制工程项目设计的工作方法，工作内容及工作步骤。
1.1.2 国外研究现状仪表数字化、智能化。
由于微电子技术的进步,智能仪表产品进一步与微处理器、PC技术融合,智能仪表的数字化、智能化水平不断得到提高。
以美国德州仪器公司提出的“DSPS”概念为例,以DSP芯片为核心,配合先进的混合信号电路、ASIC电路、元件及开发工具等提供整个应用系统的解决方案。
仪器仪表中采用了大量的超大规模集成(VLSI)的新器件、表面贴装技术(SMT)、多层线路板印刷、圆片规模集成(WSI)和多芯片模块(MCM)等新工艺,CAD、CAM、CAPP、CAT 等计算机辅助手段,使多媒体技术、人机交互、模糊控制、人工神经元网络等新技术在现代仪器仪表中得到了广泛应用。
1.1.3 国内研究现状智能仪表调节器广泛应用于各类锅炉、电热器、电烘箱、烘房、烫光等电加热设备的升温、恒温、降温以及使用这类设备的生产线上。
控制方式灵活，手动自动转换方便，控温精度高。
智能调节器主要采用智能仪表AI-808P、功率模块、触发器等组成。
该系统主要采用无触点化，使得抗震、抗腐、抗干扰能力大大增强，具有高度的稳定可靠性，体积小，安装维修方便，是热处理、化工、轻纺、食品、汽车、电子等行业设备更新换代的新一代温度控制装置。
1.2 本课题提出的任务要求及实现的可行性分析控制系统由智能仪表作为主控制器，由调节阀和电加热丝作为执行器进行控制。
利用自制的过程控制夹套锅炉装置作为控制对象，由恒压供水环节供水，锅炉内的温度作为对象。
用AI-808P智能仪表的程序温度控制功能，用加热冷却双极性控制方式，实现锅炉的程序曲线升降温控制。
用力控组态软件对过程控制实验项目进行监控，监控画面上有实验项目指导、控制参数设置和显示，响应曲线、实验数据记录等。
设置智能仪表的程序升降温控制参数实现锅炉温度升温-保温-降温的曲线控制。
控制系统稳态误差不超过5%。
宇电系列智能仪表和力控组态软件在自动化行业具有很好的应用性，温度控制是最重要的过程控制，而有些温度控制过程对升降温斜率有要求，即按照一定的升温、保持、降温曲线控制温度。
该项目以智能仪表为控制器，力控组态软件为监控软件，计算机通过RS-485总线对智能仪表监控，为实现网络监控提供了有力条件。
1.3 本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路1.3.1 关键问题·智能仪表实验控制台的建立·力控的监控界面设计·为实现锅炉温度升-保-降的控制要求，对智能仪表的温度曲线控制程序段及P 、I 、D 参数的整定·本课题需要重点研究的是：运用智能仪表AI808-P 实现锅炉温度升-保-降的精准控制问题1.3.2 解决的思路为了实现锅炉的程序曲线升降温控制。
思路如下：·依照搭建好的实验控制台认真接线并实现与计算机的通信·学习力控软件的使用并创建监控界面·通过实验的方法求取各个最佳控制参数2 温度单极性控制系统的硬件设计2.1 单极性温度控制系统的硬件设计思路在化工、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，因此它需要准确地加以控制。
温度控制系统常用来保持温度恒定或者使温度按照某种规定的程序变化。
温度控制系统的原理图，如图1所示。
调节器可控硅给定量温度+-温度传感器触发器加热丝图1 锅炉温度单回路控制系统方框图温度控制系统由被控对象、测量装置、调节器和执行机构构成。
测量装置对被控温度进行测量，并将测量值与给定值比较，若存在偏差便由调节器对偏差信号进行处理，再输送给执行机构来增加或减少供给被控对象的加热程度，使被控温度调节到整定值。
它包括温度传感器和智能仪表等。
测量装置的精度直接影响温度控制系统的精度，因此在高精度温度控制系统中必须采用高精度的温度测量装置。
被控对象是一个装置或一个过程，它的温度是被控制量。
在一些简单的温度控制系统中，也常采用电加热器作为执行机构，对被控对象直接加热。
通过调节电压(或电流)的大小可改变供出的热量。
在单极性温度控制系统中，锅炉内胆中有铜电阻测温(型号Cu50)，温度信号反馈到智能仪表中，经智能仪表PID运算后，输出相应的输出信号，来控制可控硅的通断，实现对电加热丝的调控，从而达到控制锅炉温度的目的[1]。
可控硅(PK25FG160)实物、原理、接线图如图2、3、4所示。
图2 可控硅（PK25FG160）实物图图3 可控硅（PK25FG160）原理图图4 可控硅（PK25FG160）接线图AIJK3型三相移相/周波过零可控硅调功触发器如图5所示。
图5 可控硅触发器AIJK系列是应用了单片机技术的智能化三相移相触发及周波过零两用触发器,功能强大且可靠性高。
本实验装置设置为过零触发可控硅[2]。
铜电阻温度传感器是利用金属铜在温度变化时本身电阻值也随着变化的特性来测量温度的，显示仪表将会指示出铜电阻的电阻值所对应的温度值。
其受热部分（感温元件）是用细金属铜丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。
当被测介质中有温度梯度存在时，其回路内产生热电流的物理现象。
所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。
技术指标如表1所示。
表1 铜电阻技术指标名称分度号测量范围℃热响应时间误差△℃铜电阻Cu50 -50~150 ℃<45S ±（0.10+0.017t）为防止内胆无水时加热，烧坏加热丝，加入LISA-301仪表构成防干烧连锁图如图6所示[1]。
