淮海工学院课程设计报告书课程名称：专业综合课程设计题目：锅炉温度控制系统设计系（院）：电子工程学院学期：2011-2012-1专业班级：自动化081姓名：学号：评语：成绩：签名：日期：1 引言锅炉参数控制，是过程控制的典型实例。
锅炉微计算机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。
提高热效率，降低耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。
工业生产过程中，用模拟控制来控制电加热炉温已经取得了较为成熟的经验，但他的控制精度较低，显示操作不方便，为此引入了计算机控制系统对温度进行数字算法控制。
由于锅炉加热的时间常数相对于采样周期来说很大，所以锅炉加热控制系统的动态特性可以看作一阶滞后环节来近似，在控制算法上可采用最小拍无纹波控制或其他纯滞后补偿算法。
根据控制系统要求，设计控制方案和主电路及各检测控制模块电路，然后针对温度控制要求计算电路元件所需参数，应用最小拍无纹波控制算法，实现锅炉温度控制。
进而了解温度控制系统特点及运用计算机设计控制程序实现计算机自动控制温度的方法。
2 设计电路图及工作原理控制系统原理图如图1所示，炉温控制的基本原理是：改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压，有效电压可在0～140V 内变化。
可控硅的导通角为0～5bH 。
温度传感器是通过一只热敏电阻及其放大电路组成，温度越高其输出电压越小。
外部LED 灯的亮灭表示可控硅的导通与关断的占空比时间，如果炉温低于设定值则可控硅导通，系统加热，否则系统停止加热，炉温自然冷却到设定值。
设炉温的给定值为450oC,广义被控对象的传递函数为10()(1)sd eW s s s-=+。
图1 系统的基本原理单片机D/A执行机构被控对象反馈环节A/D 广义被控对象给定值-—3 系统硬件设计3.1 输入通道扩展如图2所示的是输入通道的扩展图，利用8051单片机和ADC0809以及74LS373芯片组成的中断控制方式的电路图，在图2中，由于ADC0809正在转换是EOC ＝０，转换结束时EOC=1，而如果设单片机的外部中断0为下降沿触发的话，则EOC 需要经过反相器后才能连接至0INT 。
图2中采用5.2P 和WR 启动A/D 转换器，在单片机的振荡频率不太高的情况下，若ALE 引脚的输出频率范围满足ADC0809的要求的话，可以直接作为ADC0809的时钟输入。
图2 输入通道扩展电路图3.2输出通道扩展图3 输出通道扩展电路图图3所示的是单片机与DAC0832组成的输出通道的扩展，图中单片机与DAC0832采用的是单缓冲方式的接口电路，采用单缓冲方式的接口电路，DAC0832不能同步输出，图中DAC0832的CS和XFER都与地址线P相连，当地址线选通DAC0832后，只要输出2.2WR控制信号，DAC0832就能一步完成数字量的输入所存和D/A转换成输出，图3中采用的输出方式为单极性输出方式。
3.3 A/D转换电路设计A/D转换器的作用就是把模拟量转换为数字量，是模拟量输入通道必不可少的器件。
常用的A/D转换器从转换原理上可分为逐次逼近型、计数比较型和双积分型；从分辨率上可分为8位、12位、16位等。
A/D转换器与单片机的硬件接口有3种方式：查询方式、延时方式和中断方式。
查询方式就是首先由CPU向A/D转换器发出启动脉冲，然后读取转换结束信号，根据转换结束信号的状态，判断A/D转换是否结束。
如果结束，可以读取A/D转换结果，否则继续查询，直到A/D转换结束。
转换结束引脚通常连接到数据线或I/O口线上。
这种方法程序设计简单，且可靠性高，但实时性差，大多数控制系统对于这点都是允许的，这种方法用的最多。
该系统采用查询方式。
A/D转换电路图如图4所示：图4 A/D转换电路图3.4 D/A转换电路设计D/A转换器就是一种把数字信号转换为模拟电信号的器件，是模拟量输出通道必不可少的器件。
D/A转换器与计算机的连接方式可有3种：直接连接、采用可编程并行接口和采用锁存器连接。
DAC0832是电流型输出器件，根据运放和DAC0832的连接方法不同，可以分为单极性输出和单极性输出。
其控制方式可以分为双缓冲和单缓冲方式。
本系统采用了双缓冲单极性输出方式的接口电路如图5所示：图5 D/A转换电路图3.5报警电路电路原理图如图6所示：图6 报警电路图其中使用光耦TLP521-1进行单片机隔离,当加热水温超过预设值时，单片机口P2.4输出高电平，光耦导通，继电器开始动作，其长弊端闭合，+5V电源接入，声光报警功能启动。
音乐芯片采用市场上常用的警笛报警芯片，价格便宜，同时发出声音比蜂鸣器大许多。
3.6 键盘电路设计图7所示的为独立联接式无编码键盘电路。
当键盘数较少时, 采用独立联接式键盘可以使系统简单有效。
独立式键盘是最简单的键盘结构形式，每个按键的电路是独立的，都有单独一根I/O 口线采集键的通断状态。
当某键按下时，对应口线被下拉到地；断开时，口线被电阻上拉到＋5V 。
显然，通过检测各I/O 口线的状态，就能知道有无键闭合以及哪个键闭合。
图7 键盘电路图3.7 LED 显示电路设计如图8所示的是LED 动态扫描接口电路，图中WR P LE +=7.2，片选信号是从8051单片机的4.1P 至7.1P 经过反相器连接至LED 显示管上的，而位选信号则是8051单片机经过74LS373连接至4个LED 的显示管上。
图8 LED 显示电路图4 最少拍无纹波计算机控制系统设计已知被控对象的传递函数为10()(1)sd eW s s s-=+，取采样周期5.0=T s用零阶保持器沟通数字控制器与被控对象联系时，该系统广义对象的脉冲传递函数])1(101[)(+⋅-=-s s ese Z z G sTs)6065.01)(1(065.19025.0)1)(1()]5.0()5.11([]1111)1(15.0)[1(10)1111)(1(10112315.015.05.01215.012111211---------------------+=---+-=-+-----=++--=z z zzz e z eez zzezz z z z s ssz z再确定闭环脉冲传递函数和误差脉冲传递函数)1)(1()(09025.0)(2211132-----++-=+=zf zf z z W azazz e φ 联立求解上式得通过)(1)(z W z e -=φ11=f ,8474.02=f , 1526.0=a328474.01526.01)(----=zzz W e因此控制器的脉冲传递函数)()()()(z W z G z z D e φ=654325432322332217648.00402.11625.09025.0065.10784.01152.01159.01526.0)8474.01526.01)(0652.19025.0()1293.01526.0)(6065.06065.11(--------------------++--=--+++-=z z z z z zz z z zzz zz zzz5 MATLAB 仿真5.1 Simulink 仿真图如图9所示:图9 Simulink 仿真图5.2 MATLAB 仿真波形如图10所示：图10 MATLAB仿真波形6 软件设计控制系统的软件主要包括：温度的采样和处理、控制计算、中断、显示、调节参数修改、温度设定及修改。
其中控制算法采用最小拍无纹波控制算法，以达到更好的控制效果。
系统的软件流程图如图11所示:开始系统初始化键盘输入给定温度值温度采集温度显示与给定值相比较计算差值N|e(k)|>0Y最小拍无纹波控制求出输出控制量图11 程序总体流程图7 说明书该系统是锅炉温度控制系统，首先用键盘输入给定的温度值，温度传感器进行温度的采集，通过A/D转换器转换得到二进制温度数据，并对其进行、标度变换并与输入的参照温度相比较，得出误差，根据最小拍无纹波控制算法求出控制温度达到期望值所需要的控制量控制可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压，从而改变电路的输出功率，达到调温作用。
8 参考文献[1] 范立南，李雪飞.计算机控制技术.北京：机械工业出版社.2009[2] 陈夕松，汪木兰.过程控制系统.北京：科学出版社,2005[3] 潘新民.微型计算机与传感器技术. 北京：人民邮电出版社,1996[4] 刘玉强，刘晓为等.高温扩散炉恒温区温度的自动控制.哈尔滨工业大学学报,1999[5] 黄胜军.微机控制应用实验与实例. 第一版. 北京：清华大学出版社,1999[6] 曹天汗.单片机原理与接口技术.第一版.北京:电子工业出版社,2003[7] 胡汉才.单片机原理及其接口技术.第二版.北京:清华大学出版社,2003[8] 胡寿松.自动控制原理.北京：国防工业出版社，1990第页共10 页10。