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　　溫度控制是工業(yè)控制的主要對象之一，常用的溫控數(shù)學模型是一階慣性加上純滯后環(huán)節(jié)，但其隨著加熱對象和環(huán)境條件的不同，會存在著較大的差異。因為溫控對象這種較為普遍的含有純滯后環(huán)節(jié)的特點，容易引起系統(tǒng)超調(diào)和持續(xù)的振蕩，溫度控制對象的參數(shù)會發(fā)生幅度較大的變化。因此無法采用傳統(tǒng)的控制方法（如常規(guī)的PID控制）對溫度進行有效的控制，而智能控制不需要對象的數(shù)學模型就可以對系統(tǒng)實施控制。溫度控制多采用由單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)溫度控制，其缺點是遠程控制系統(tǒng)復雜，可靠性差，特別是當控制點較多、距離較遠時，采取總線方式的通訊出錯概率較高，影響到溫度的控制精度。
　　
　　目前，多家廠商（如日本導電、島通）均推出精度可達0.1級的基于PID算法的智能型溫控儀表，然而這些公司對其核心技術并不公開，同時也不開放用于系統(tǒng)改進的接口或者代碼。本文的設計基于STM32硬件單元，采用一種溫控單元與計算機相結合的主從式遠程溫度控制模式。利用工控機進行PID參數(shù)整定后通過網(wǎng)絡控制溫控單元的輸出，溫控單元輸出控制信號調(diào)整可控硅的開角，從而達到改變加熱功率的目的。本文采用儀表與計算機相結合的主從控制模式，軟、硬件部分分別獨立工作，便于系統(tǒng)的升級改造，可以有效地提高控制策略的靈活性。
　　
　　本文所研究的基于組態(tài)軟件實現(xiàn)的模糊PID算法智能溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)，能較好地解決溫度的遠程控制問題，且系統(tǒng)結構非常簡單，溫度控制精度高。
　　
　　系統(tǒng)總體方案設計
　　
　　溫度控制系統(tǒng)用于控制電加熱爐內(nèi)的溫度，熱源為高溫電阻絲，采用可控硅電壓調(diào)整器來進行電加熱爐的溫度調(diào)整，此調(diào)整器是通過控制可控硅的導通角而調(diào)整輸出電壓、改變加熱體的發(fā)熱功率、從而達到控制電加熱爐溫度的目的。
　　
　　如圖1所示，加熱爐實時的溫度由溫控單元采集熱電偶轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，?jīng)溫控單元整理后，通過TCP/IP協(xié)議將打包后的溫度數(shù)據(jù)傳送至工控機端，將此溫度的采樣值與設定值比較，采取相應的控制算法計算出實時的PID參數(shù)，通過網(wǎng)絡控制溫控單元，溫控單元輸出4~20mA電流信號至可控硅調(diào)壓器，對可控硅的導通角的開度進行控制，調(diào)整加熱爐的溫度。采用本方案設計的系統(tǒng)具有結構簡單，易于實現(xiàn)的特點。
　　
　　溫控單元設計方案
　　
　　溫控單元實現(xiàn)的功能包括溫度信號的模擬量數(shù)據(jù)采集、控制調(diào)壓器可控硅開角的模擬信號輸出、控制信號的I/O輸出，以及溫控單元與工控機之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?br />　　
　　STM32系列32位閃存微控制器使用ARM公司的Cortex-M3內(nèi)核，處理器的核心是基于哈佛架構的3級流水線內(nèi)核，該內(nèi)核集成了分支預測，單周期乘法，硬件除法等眾多功能強大的特性，目前已經(jīng)獲得了廣泛的應用。　　
　　溫控單元選用的處理器是STM32的增強型系列處理器—STM32F103。該處理器頻率為72MHz，帶有片內(nèi)RAM和USB2.0接口、16通道的12位A/D轉(zhuǎn)換器、2通道的12位D/A轉(zhuǎn)換器、以及I/O通道等豐富的外設。其中系統(tǒng)集成的雙ADC結構允許雙通道采樣/保持，以實現(xiàn)12位精度、1μs的轉(zhuǎn)化。處理器的雙ADC結構為2個工作在非連續(xù)模式的獨立的時序控制，具有多個觸發(fā)源，每個通道的采樣時間均可編程。　　
　　本文設計的系統(tǒng)采用獨立于微控制器（MCU）的網(wǎng)絡接口芯片來實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)絡芯片選擇W5100，微處理器與網(wǎng)絡芯片通過SPI接口進行連接。溫控單元硬件組成如圖2所示。
　　
　　控制策略的選擇
　　
　　電加熱爐是一個復雜的受控對象，具有多參數(shù)、非線性、時變性、純滯后、多干擾等特點，對其進行的數(shù)學建模非常困難。模糊控制系統(tǒng)是一種自動控制系統(tǒng)，它是以模糊數(shù)學、模糊語言形式以及模糊邏輯理論為基礎，采用計算機控制技術構成的一種具有閉環(huán)結構的數(shù)字控制系統(tǒng)。模糊控制不需要被控對象的數(shù)學模型，并且可以引入專家經(jīng)驗，可以較好地解決此類溫度控制問題。但由于單獨使用模糊控制不易消除穩(wěn)態(tài)誤差，且對控制器運算性能要求較高，而PID算法簡單又可以較好地消除穩(wěn)態(tài)誤差，實際運行效果和理論分析表明，這種控制規(guī)律在相當多的工業(yè)生產(chǎn)過程中能得到比較滿意的結果。
　　
　　PID控制器是通過對誤差信號（）et進行比例、積分和微分運算，其結果的加權，得到控制器的輸出（）ut，該值就是控制對象的控制值。PID控制器的數(shù)學描述為：　　
　　式中（）ut為控制輸入，（）（）（）etrtct=−為誤差信號，（）rt為輸入量，（）ct為輸出量。
　　
　　PID控制的傳輸函數(shù)為：　　
　　將模糊控制與PID控制結合，根據(jù)操作經(jīng)驗與模糊理論，在線自整定PID控制器的3個基本控制參數(shù)，輸出控制變量，利用模糊控制實時修正PID參數(shù)，提高系統(tǒng)的控制精度和魯棒性，該控制器具備自適應性，系統(tǒng)采用的控制器結構如圖3所示。
　　
　　遠程溫控系統(tǒng)的應用
　　
　　高溫高壓下水流體-固體相互作用在自然界、工業(yè)生產(chǎn)、工程技術以及科學實驗中都廣泛存在，無論在地球科學、物理學、化學等自然基礎科學還是在應用科學、工程技術和工業(yè)生產(chǎn)中，水流體-固體相互作用都是極受關注的基本科學問題。各類高溫高壓下水流體-固體相互作用的科學問題可通過相應的實驗裝置分析，目前所用的實驗裝置的精度及自動化水平較低。采用*的控制技術及計算機技術，控制反應器整體溫度的一致性與穩(wěn)定性，實現(xiàn)高溫高壓下水流體-固體相互作用溫控裝置的自動化，可提高實驗效率及數(shù)據(jù)的度。
　　
　　在高溫高壓下，水流體-固體相互作用實驗存在如爆炸、濺出等事故傷人的可能?；诎踩缘目紤]，溫度控制部分采取了本文設計的遠程溫控方式，實驗者以遠程監(jiān)控的方式控制反應設備，有效地保護了實驗操作人員的安全。
　　
　　采樣信號預處理
　　
　　為防止外界干擾、野值等對系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性造成影響，將采集到的溫度傳感器信號首先通過卡爾曼濾波器進行數(shù)據(jù)的預處理。
　　
　　控制界面的設計
　　
　　組態(tài)軟件集成了電路圖形技術、人機界面技術、數(shù)據(jù)庫技術、控制技術、網(wǎng)絡與通信技術，使控制系統(tǒng)開發(fā)人員不必依靠某種具體的計算機語言，只需通過可視化的組態(tài)方式，就可完成監(jiān)控軟件設計，降低了監(jiān)控畫面開發(fā)難度，利用組態(tài)軟件可以完成監(jiān)控和遠程控制，其基本設計思想是：首先完成工控機與溫控單元的通訊，用組態(tài)軟件實現(xiàn)工控機的操作界面，通過設計建立良好的人機界面實現(xiàn)實時溫度的監(jiān)控和動態(tài)顯示。　　
　　系統(tǒng)安全性設計
　　
　　系統(tǒng)安裝有電壓變送器、電流變送器，可以實時監(jiān)測電壓、電流數(shù)值，若出現(xiàn)加熱爐溫度及電壓過高、電流過大、可控硅擊穿保護、系統(tǒng)壓力異常、升溫速率失控、加熱爐斷線、短路時，加熱立即停止并報警。另外，考慮到可控硅調(diào)壓器及伺服啟動器電源的電壓為220V，為了防止出現(xiàn)觸電等安全事故，電源上均裝有交流接觸器，通過軟件遠程控制加熱的啟動和停止。
　　
　　結論
　　
　　本文設計了一種遠程溫控系統(tǒng)，應用于高溫高壓水流體-固體相互作用裝置，取得了良好的運行效果。但由于工業(yè)環(huán)境（環(huán)境溫度、電氣干擾等）的不確定性，系統(tǒng)的抗干擾設計處理流程以及異常處理機制還可進一步的優(yōu)化與改進。