基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述

第4章基于工控機微型加熱器溫度控制系統(tǒng)

4.1工控機試驗裝置

4.2系統(tǒng)總體設計

4.3系統(tǒng)硬件設計

4.4系統(tǒng)軟件設計返回總目錄基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第1頁4.1工控機試驗裝置

4.1.1工控機試驗裝置介紹工控機（IPC）試驗裝置分類：柜式、臺式及盒式。研華IPC按結構分類：1、普通臺式——其I/O接口卡插在主機ISA或PCI插槽里，還有分布式RS-485遠程控制I/O模塊等2、整體式——鍵盤和顯示器均固定在主機上3、模塊式——模塊種類有電源模塊、CPU模塊、輸入輸出I/O接口卡模塊、工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊、現(xiàn)場總線接口模塊和分布式RS-485遠程控制I/O模塊等）多D/A結構（圖2-1(a)）和共享D/A結構（圖中2-1(b)）。基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第2頁柜式工控機（IPC）圖4-1IPC試驗裝置外形與結構

基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第3頁4.1.2控制要求1、硬件設計(1)被控對象設計(2)加熱器電源設計(3)主控裝置設計(4)加熱器控制電路設計(5)加熱器電氣及電子原理圖設計(6)信號調(diào)理模塊和加熱器模塊電氣及電子工藝設計2、控制方式與控制指標

除了手動方式控制以外，還有自動方式控制。3、軟件設計采取中國亞控企業(yè)漢字組態(tài)王Kingview及與其配套軟PLC語言KingACT為編程語言?；诠た貦C的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第4頁4.2系統(tǒng)總體設計4.2.1系統(tǒng)設計流程1、系統(tǒng)調(diào)研和設計任務書擬訂自動化系統(tǒng)設計任務書是整個系統(tǒng)設計依據(jù)，同時又是今后設備竣工驗收依據(jù)。

2、方案設計對同一控制對象和控制要求，往往有各種控制方案。在滿足控制要求前提下，設計方案應該力爭簡單、經(jīng)濟和實用，不宜盲目追求高指標。

3、安全性、可靠性考慮4、硬件與軟件設計5、系統(tǒng)安裝調(diào)試基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第5頁4.2.2控制方案設計1、軟硬件主要方案（1）硬件部分前面已經(jīng)敘述過，除了用工控機IPC及其I/O摸板控制已經(jīng)確定以外，還有：要求采取微型廉價測溫傳感器測量溫度；要求采取高效集成式控制電路控制加熱器加熱元件。（2）軟件部分前面已經(jīng)敘述過，用基于經(jīng)典自動控制理論模擬PID數(shù)字式恒值溫度控制和基于當代控制理論離散型動態(tài)規(guī)劃及最小原理變值溫度控制控制，采取漢字組態(tài)王Kingview及與其配套軟PLC語言KingACT為編程語言。2、控制算法與軟件方案拓寬（1）控制算法（2）編程語言（3）設計題目樹基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第6頁4.3系統(tǒng)硬件設計

4.3.1

系統(tǒng)組成結構圖4-2加熱器IPC控制系統(tǒng)組成結構基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第7頁4.3.2系統(tǒng)功效劃分1、工控機IPCIPC是整個控制系統(tǒng)關鍵和大腦。從自動控制理論角度出發(fā)，IPC屬于自動運算、調(diào)整和控制步驟。2、ISA或PCI多功效卡加熱器IPC控制，現(xiàn)有模擬量控制，又有開關量控制，故要有AI、AO、DI和DO輸入輸出點，要選擇多功效卡。多功效卡產(chǎn)生TTL級控制信號。3、通信轉換模塊及遠程模塊因為IPC另外還要控制電梯等對象，控制電梯需要較多DI、DO點，而多功效卡上DI、DO點不夠用，故要增設這兩個模塊及RS232/485通信轉換模塊，兼有遠程網(wǎng)絡控制功效。4、信號調(diào)理模塊5、加熱器模塊6、AC電源和DC電源基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第8頁4.3.3工控機IPC概述

1、IPC硬件

研華企業(yè)是國際上最早從事工業(yè)計算機和自動化控制器生產(chǎn)廠商之一研華產(chǎn)品市場占有率較高。研華主要產(chǎn)品系列有：(1)工業(yè)計算機平臺(2)電子自動化(3)嵌入式計算機(4)數(shù)字視頻平臺2、IPC軟件與組態(tài)軟件除了可用通用匯編語言、VB和C++語言編程以外，還含有方便用戶編程多實時工業(yè)組態(tài)軟件，而普通IPC工業(yè)監(jiān)控已較少使用前三種語言編程。工業(yè)組態(tài)軟件特點有：(1)內(nèi)置實時數(shù)據(jù)庫(2)圖形化軟PLC語言（梯形圖LD和功效塊圖FBD等）編寫非常直觀(3)能高速采樣與控制(4)擁有同其它語言進行通信軟件接口

基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第9頁

4.3.4主控設備選型及配置

工控機IPC及其I/O板卡是本課題主要控制設備。1、IPC主機設備選型(1)選定普通臺式IPC。(2)詳細選IPC-610型。(3)全長All-in-OneCPU卡選PCA-6187型。(4)1個硬盤，1個光驅，1個鼠標，1個鍵盤，1臺17英寸彩色顯示器?；诠た貦C的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第10頁

2、插入式數(shù)據(jù)采集控制考慮到作為普通IPC試驗和低速數(shù)據(jù)采集控制工業(yè)應用，選取PCL-812PG型ISA多功效卡。其性能指標為：16路12位單端模擬量輸入AI2路12位AO輸出一個Intel8253-5型可編程定時器/計數(shù)器16位數(shù)字量輸入DI，16位數(shù)字量輸出DO連接插座基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第11頁

3、信號調(diào)理模塊和端子板

(1)PCLD-782型光隔離數(shù)字量輸入板信號調(diào)理模塊和端子板用于連接主機箱里PCL-812PG多功效卡。

圖4-3PCLD-782型光隔離數(shù)字量輸入板內(nèi)部及外部接口電路基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第12頁(2)PCLD-785型繼電器輸出模塊

圖4-4DO0繼電器輸出通道與PCLD-780型螺旋接線端子板單個通道電路圖

基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第13頁(3)PCLD-780型螺旋接線端子板PCLD-780型接線端子板含有2套10通道連接器，其單個通道電路圖如圖4-4b所表示。共有4種設置方式：直通連接（工廠出廠設置）R1=0Ω，R2和C取消。1.6KHz（3dB）低通濾波器R1=10KΩ，C1=0.01μF，R2取消。10比1電壓衰減器R1=9Ω，R2=2Ω，C1取消。0～20mA到0～5V（DC）信號轉換器R1=0Ω，R2=250Ω，C1取消。4、遠程通信模塊和遠程控制模塊(1)通信轉換模塊選取AIAM-4520型光隔離RS232至RS-422/RS-485轉換模塊。(2)遠程數(shù)字量輸入輸出模塊選取2塊AIAM-4050數(shù)字量輸入輸出模塊（7點DI，8點DO），輸入電壓電平0～30V，8路NPN型晶體管集電極開路數(shù)字量輸出。基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第14頁4.3.5系統(tǒng)電氣電子原理圖設計一、IPC、I/O插卡、信號調(diào)理模塊、按鈕和指示燈電路設計工作原理：圖4-5微型加熱器IPC控制系統(tǒng)電氣原理圖(略）。二、加熱器電路設計加熱器電路如圖4-5所表示。1、加熱器信號輸入加熱器信號輸入端有兩個，分別為AIU0和AII0，分別采取工業(yè)控制標準電壓信號（0～5V）和電流信號（0～20mA）兩種方式?；诠た貦C的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第15頁圖4-5微型加熱器IPC控制系統(tǒng)電氣原理圖基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第16頁2、輸入信號放大與槽形電壓表指示輸入信號采取單電源運算放大器N1A進行放大所用運算放大器LM358內(nèi)部有兩個獨立、高增益、內(nèi)部頻率賠償雙運算放大器電壓表PV1為槽形電壓表穩(wěn)壓二極管VZ1用于保護表頭3、SG3524型PWM控制芯片介紹加熱元件加熱電阻R30（100Ω，10W）采取功率管V20高效脈寬調(diào)制方式控制SG3524是美國硅通用企業(yè)（SiliconGeneral）生產(chǎn)

端推挽輸出式脈寬調(diào)制器，工作頻率高于100kHz，工作溫度為0℃～70℃，適宜控制100W～500W中功率開關電源、加熱器和直流電動機等。

基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第17頁SG3524采取DIP-16型封裝，其內(nèi)部結構如圖4-6所表示，管腳功效:引腳1：反相輸入，誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與賠償信號輸入端（引腳9）相連，可組成跟隨器。引腳2：同相輸入，誤差放大器同相輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號。

引腳3

：振蕩器輸出，內(nèi)部振蕩器輸出。引腳4

：限電流（+）輸入CLSENSE，采取電流傳感器引入，進行限電流保護。引腳5

：限電流（-）輸入CLSENSE，采取電流傳感器引入，進行限電流保護。引腳6

：振蕩器外接電阻。引腳7

：振蕩器外接定時電容。振蕩器頻率由外接電阻和電容決定。引腳8

：地GND。引腳9

：賠償、外接RC網(wǎng)絡，PWM比較器賠償信號輸入端。基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第18頁引腳10

：通/斷控制：外部關斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。低電平時，輸出為高阻狀態(tài)。引腳11

：內(nèi)部激勵發(fā)射極輸出。引腳12

：內(nèi)部激勵集電極輸出。引腳13

：內(nèi)部激勵集電極輸出B。引腳14

：內(nèi)部激勵發(fā)射極輸出EMITTERB。引腳15

：電源電壓VIN。引腳16

：基準電源電壓VRF，+5V，既可用于內(nèi)部電路，又可用于外部電路?；诠た貦C的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第19頁圖4-6SG3524型PWM控制芯片內(nèi)部原理圖基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第20頁4、加熱器PWM控制原理(1)參見圖4-5。運算放大器N1A輸出端，經(jīng)R25、R24同R26分壓SG3524腳16提供基準電源+5V，而后接至PWM控制芯片SG3524腳2（誤差放大器同相輸入端）。腳1（誤差放大器反向輸入端）和腳9（賠償、外接RC網(wǎng)絡端）進行短接，使得內(nèi)部誤差放大器變成射跟隨器形式。腳2實際上就是自動控制給定輸入端，在此，我們僅對PWM控制芯片采取模擬式開環(huán)控制方式，不過就加熱器溫度大反饋控制而言，PWM控制芯片作為控制電器，不過是整個溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)一個執(zhí)行步驟。(2)振蕩器腳7須外接電容，腳6須外接電阻。振蕩器頻率由外接電阻和電容決定。本設計開關頻率設定為0.5Hz，可取C=20μF，R=130kΩ。振蕩器輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門；另一路以鋸齒波形式送至PWM比較器同相端，比較器反向端接誤差放大器輸出。

基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第21頁(3)誤差放大器輸出與鋸齒波電壓在PWM比較器中進行比較，從而在PWM比較器輸出端出現(xiàn)一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度方波脈沖，此方波脈沖經(jīng)過RS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器A送到兩個或非門輸入端。每個或非門另兩個輸入端分別為振蕩器輸出方波電壓和另一個觸發(fā)器BQ端（兩個或非門分別接Q正端和反端）。觸發(fā)器B兩個輸出端互補，交替輸出高低電平，其作用是將PWM脈沖交替送至兩個三極管V1及V2基極，使得推挽輸出對管交替輸出脈沖寬度調(diào)制波，二者相位相差180°。當輸出對管并聯(lián)應用時，其輸出脈沖占空比為0％～90％；當輸出對管分開使用時，輸出脈沖占空比為0％～45％。(4)本設計不用電流反饋，將腳4[限電流（＋）輸入]和腳5[限電流（－）輸入]接地。通/斷控制（腳10）懸空。(5)用中功率管V20（8050型）開關工作方式控制加熱電阻R30（100Ω，10W）通斷。易算得流過加熱電阻R30最大電流為Imax=180mA。不妨設功率管V20放大倍數(shù)β=60，則PWM控制芯片雙輸出晶體管（也處于開關工作方式）外接集電極電阻R28最大電流大約為6mA，而每個晶體管集電極電流為3mA。易算得R28大約2k，就取R28=2kΩ。(6)本系統(tǒng)不存在控制死區(qū)問題。當控制信號輸入端AIU0從0～1改變時，PWM控制芯片給定輸入端（腳2）信號就馬上改變，使得推挽輸出管通斷情況產(chǎn)生改變，進而使得加熱電阻發(fā)燒情況產(chǎn)生改變?；诠た貦C的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第22頁(7)如此，當加熱器實際溫度低于設定溫度時，經(jīng)過IPC依據(jù)某一自動控制算法運算后，IPC送出AO信號上升，運算放大器N1A輸出信號隨之上升，PWM控制芯片給定輸入端信號也隨之上升，輸出脈沖寬度隨之增大，使得加熱功率管導通時間延長，加熱功率增大，實際溫度上升，如此等等。5、測溫傳感器AD590介紹AD590是美國模擬器件企業(yè)生產(chǎn)單片集成兩端感溫電流源。它主要特征以下：(1)電流在數(shù)值上等于器件所處環(huán)境熱力學溫度（開爾文）度數(shù)，單位為μA；Tk—熱力學溫度，單位為K。(2)AD590測溫范圍為-55℃～+150℃。(3)AD590電源電壓范圍為4V～30V。AD590能夠承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。(4)精度高：AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃?；诠た貦C的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第23頁6、加熱器測溫電路(1)因為所選取AD590為電流型器件，所用電源電壓為12V，故考慮用AD590與一個電阻R31=10kΩ相串聯(lián)，另一端接地（如圖4-5所表示),溫度為0℃時，可算得UB

=2.73V；溫度為100℃時，UB

=3.73V。(2)設置零點調(diào)整電阻目標是當溫度為0℃時，使得測溫電路輸出，亦即運算放大器N1B輸出為0V。(3)反饋電阻與反相輸入電阻計算。(4)設置擾動開關S、電阻R32和電位器RP1目標是模擬環(huán)境溫度突然降低對加熱器溫度影響。(5)測溫第2級放大器N2A采取全反饋跟隨器形式，其同相輸入端電壓改變范圍應在0～5V之間，R36=1kΩ，RP3=4.7kΩ，R37=3kΩ。(6)電壓表PV2為槽形電壓表，刻度在0～100之間，對應0～100℃。穩(wěn)壓二極管VZ2用于保護表頭(7)工業(yè)標準信號0～5V到0～20mA轉換電路如圖4-5所示。顯見運算放大器N2B與晶體管V21電路組成負反饋電路，R43為反饋電阻。我們設計目標是當UF=0～5V時，晶體管V21集電極電流隨之0～20mA改變，從而發(fā)射極亦然。(8)在R40～R43取值已知情況下，晶體管V21集電極電阻R44=300Ω。(9)因為晶體管V21發(fā)射極輸出作為0～20mA信號輸出端，而接收電路可能要使之變成電壓信號，故V21發(fā)射極最大電壓為5V，所以設置穩(wěn)壓二極管VZ3（穩(wěn)壓值為5.6V），此管普通情況下并不處于反向導通狀態(tài)，除非產(chǎn)生保護動作時，才反向導通。基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第24頁(5)測溫第2級放大器N2A采取全反饋跟隨器形式，其同相輸入端電壓改變范圍應在0～5V之間，R36=1kΩ，RP3=4.7kΩ，R37=3kΩ。(6)電壓表PV2為槽形電壓表，刻度在0～100之間，對應0～100℃。穩(wěn)壓二極管VZ2用于保護表頭。(7)工業(yè)標準信號0～5V到0～20mA轉換電路如圖4-5所表示。顯見運算放大器N2B與晶體管V21電路組成負反饋電路，R43為反饋電阻。我們設計目標是當UF=0～5V時，晶體管V21集電極電流隨之0～20mA改變，從而發(fā)射極亦然。(8)在R40～R43取值已知情況下，晶體管V21集電極電阻R44=300Ω。(9)因為晶體管V21發(fā)射極輸出作為0～20mA信號輸出端，而接收電路可能要使之變成電壓信號，故V21發(fā)射極最大電壓為5V，所以設置穩(wěn)壓二極管VZ3（穩(wěn)壓值為5.6V），此管普通情況下并不處于反向導通狀態(tài)，除非產(chǎn)生保護動作時，才反向導通?；诠た貦C的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第25頁1、機械結構設計所設計IPC試驗裝置為柜式，其外形及結構和各模塊布置如圖4-1所表示。對此，前面已經(jīng)作了介紹。機械設計包含機械零件圖設計、機械裝配圖設計、外購件和金屬及非金屬材料清單匯總等。這些工作一般由機械技術人員負擔，電氣自動化技術人員親密配合。2、各模塊電氣元件布置圖設計各模塊電氣元件布置圖是指各模塊箱體內(nèi)電氣元件布置，方便電氣元件安裝。必須依據(jù)元件產(chǎn)品樣本或實物，了解元件安裝形式與尺寸，進行設計。4.3.6系統(tǒng)電氣電子工藝設計基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第26頁3、各模塊面板設計與制造試驗裝置上各模塊面板有各元件接線端子插座、電位器、開關、按鈕、電表、指示燈、發(fā)光二極管和數(shù)碼管等，還要寫上電氣元件圖形符號及文字符號和其它文字。比如，加熱器模塊面板PCB制板圖如圖4-7所表示（略）。面板加工圖采取Protel軟件PCB文件格式設計（工程上還廣泛采取PowerPCB、Cadence和Allegro等軟件），隨即將PCB文件格式面板加工圖送往專業(yè)廠進行光繪，將鋁合金板材進行噴砂、氧化處理，再涂上一層感光材料，而后感光印刷、裁剪和打孔。4、加熱器PCB圖設計與制造印刷線路制板圖普通慣用Protel軟件PCB文件格式設計，常稱為PCB制板。用戶只需在計算機上完成PCB文件設計，然后發(fā)往線路板制造廠。比如，加熱器模塊PCB圖如圖4-8所表示。基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第27頁圖4-8加熱器模塊PCB制板圖基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第28頁4.4系統(tǒng)軟件設計4.4.1軟件設計流程程序設計是一個高度復雜創(chuàng)造性勞動，必須遵照科學軟件設計流程，才能使程序設計有條不紊地進行下去。自動化工程控制軟件設計流程普通為：(1)控制規(guī)律與控制算法設計。(2)基于某一控制算法和某一編程語言進行人機界面設計與控制程序設計。對規(guī)模較大系統(tǒng)，要事先編制程序設計框圖。(3)自動化工程控制軟件并非是單一性軟件，它同硬件、實際電氣控制設備及被控對象緊密相關，所以要進行軟硬件綜合調(diào)試?；诠た貦C的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第29頁4.4.2控制規(guī)律與控制算法設計1、系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型計算、估算與測試熟悉被控對象是進行自動控制系統(tǒng)設計首先要做事情，而系統(tǒng)建模，即系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型建立，是實施各種控制策略與控制算法主要依據(jù)。系統(tǒng)建模分計算、估算與測試幾個步驟。測試畫面如圖4-9所表示。(1)系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型計算和估算本例只研究傳熱過程。(2)系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型“飛升曲線法”測試在推導出系統(tǒng)傳遞函數(shù)之后，還要深入經(jīng)過工程測試法取得其詳細參數(shù)，最慣用測試方法是“飛升曲線法”。測試環(huán)境：電網(wǎng)電壓為AC220V環(huán)境溫度為標準室溫25℃。這是測定曲線、建立數(shù)學模型標準條件。環(huán)境變了，要作為隨機干擾信號處理。測試畫面如圖4-9所表示，測試軟件采取漢字組態(tài)王編制。

基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第30頁圖4-9在線飛升曲線法測定被控對象動態(tài)特征基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第31頁簡述以下：(1)在組態(tài)王工程瀏覽器/設備/板卡/研華/PCL812PG路徑下安裝PCL-812PG多功效卡。(2)在組態(tài)王工程管理器中定義變量（在組態(tài)王中變量無斜體與下標）：模擬量輸出AO0，I/O實數(shù)（要事先軟件安裝PCL-812PG多功效卡，并進行I/O變量連接，選取AO0通道）；輸入調(diào)整內(nèi)存實數(shù)，因為組態(tài)王Y-T圖顯示特點，要將內(nèi)存實數(shù)最大默認值1×109改為5，才能調(diào)到5V時滿幅顯示；放大倍數(shù)K0，內(nèi)存實數(shù)；穩(wěn)態(tài)溫度，內(nèi)存實數(shù)；加熱器溫度采集AI0，I/O實數(shù)加熱器實測溫度y，內(nèi)存實數(shù)，類似地，要將內(nèi)存實數(shù)最大值改為100，才能當溫度為100℃時滿幅顯示；時間常數(shù)T，內(nèi)存實數(shù)；純滯后時間，內(nèi)存實數(shù)；初始溫度，內(nèi)存實數(shù)；穩(wěn)態(tài)溫度，內(nèi)存實數(shù)；隱含與可見，內(nèi)存離散。(3)變量“輸入調(diào)整”連接游標（可產(chǎn)生輸入階躍信號）、“加熱器輸入”文本框和實時趨勢Y-T圖輸入階躍信號曲線；變量“加熱器實測溫度y”連接“加熱器輸出”文本框和實時趨勢Y-T圖加熱器實測溫度曲線。(4)組態(tài)王畫面命令語言（循環(huán)掃描時間設置為1000ms）為：加熱器實測溫度y=（加熱器溫度采集AI0）*100/4095模擬量輸出AO0=輸入調(diào)整*4095/5；/*A/D和D/A均為12位轉換*/(5)“初始溫度”、“穩(wěn)態(tài)溫度”和“K0”為3個自制按鈕，用工具箱中矩形圖并放置文本而成，它們動畫連接“彈起時”命令語言分別為：初始溫度=加熱器實測溫度y；和穩(wěn)態(tài)溫度=加熱器實測溫度y；和放大倍數(shù)K0=（穩(wěn)態(tài)溫度-初始溫度）/（模擬量輸出AO0/4095））基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第32頁(6)圖中“隱含/可見”按鈕用于控制、和可見與隱含，其“按下時”和“彈起時”命令語言分別為：隱含/可見=0；和隱含/可見=1；觀察圖4-9，可見對象是一階帶純滯后自平衡對象，而且純滯后時間系統(tǒng)時間常數(shù)3因為測溫傳感器離加熱電阻很近，故不再考慮。圖4-9中參數(shù)、測量是在在線運行時經(jīng)過人工觀察Y-T圖測得并經(jīng)過組態(tài)王軟鍵盤（“”和“”為2個自制按鈕，用工具箱中矩形圖并放置文本而成，它們動畫連接均選取“模擬值輸入”，運行時，若用鼠標操作，可自動彈出小鍵盤，方便實時鍵入觀察值，當然也可用普通硬鍵盤）鍵入圖形畫面，這不可防止地會帶來一些觀察誤差，但適合普通工程實際應用；當然，也可考慮全自動測定，不過編程較煩瑣。2、基于經(jīng)典控制理論二階最正確工程設計及離散化處理3、基于當代控制理論連續(xù)型龐特里雅金最小原理控制算法設計(1)系統(tǒng)狀態(tài)空間描述與控制性能指標(2)基于連續(xù)型龐特里雅金最小原理控制算法基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第33頁4、基于當代控制理論離散型動態(tài)規(guī)劃原理控制算法設計(1)對象動力學方程離散化處理要應用當代控制理論之離散型動態(tài)規(guī)劃原理進行控制，必須進行離散化處理將連續(xù)型微分方程轉換為離散型差分方程(2)系統(tǒng)狀態(tài)空間描述與控制性能指標狀態(tài)空間描述法用五個空間來完整地描述一個動力系統(tǒng)，所以系統(tǒng)空間是一個五元組，對本系統(tǒng)，它是離散型狀態(tài)空間。

(3)基于離散型動態(tài)規(guī)劃原理最優(yōu)控制計算法動態(tài)規(guī)劃理論創(chuàng)建于二十世紀五十年代早期。當初因為生產(chǎn)部門和空間科學技術發(fā)展需要，提出了一系列尋求多級決議過程最優(yōu)控制問題，動態(tài)規(guī)劃就是為了處理這類問題由美國數(shù)學家貝爾曼（R.Ballman）首先提出。

基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第34頁4.4.3系統(tǒng)控制與人機界面設計1、基于經(jīng)典二階最正確工程設計技術控制與人機界面（1）基于經(jīng)典二階最正確工程設計技術控制律與主要參數(shù)（2）特殊控制要求（3）人機界面設計（4）I/O設備安裝（5）組態(tài)王變量設定（6）控制軟件設計（7）動態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE通信2、特殊控制要求(1)控制系統(tǒng)“密碼開啟”?！懊艽a開啟”或“密碼啟停控制”是工業(yè)控制中慣用安全操作方法，也是實現(xiàn)“一人一題”詳細辦法之一。(2)只有當系統(tǒng)狀態(tài)燈HL0、HLR0亮后，IPC上全部其它操作才能有效。(3)只有當統(tǒng)狀態(tài)燈HL0、HLR0亮后，將萬能轉換開關SA置于手動或自動，則對應硬/軟燈HL1/HLRSD或HL2/HLRZD才能被點亮，也就是使得IPC上全部其它操作才能有效詳細實現(xiàn)伎倆。也可用屏幕上軟按鈕SBRSD、SBRZD進行轉換?；诠た貦C的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第35頁(4)只有當手動或自動燈亮以后，按動加熱開啟硬/軟按鈕SB2/SBRJR，則加熱硬/軟燈HL3/HLRNJR被點亮，此時IPC才能真正地產(chǎn)生AO信號傳輸?shù)郊訜崞骷訜峥刂齐娐?；反之當按動加熱停頓硬/軟按鈕SB3/SBRTZ，則加熱硬/軟燈HL3/HLJR熄滅，AO信號馬上變?yōu)?，停頓加熱。(5)設置超溫報警燈硬/軟燈HL4/HLRBJ，當溫度超出90℃時，HL4/HLRBJ馬上被點亮，且HLRBJ閃爍不停；而且還要用組態(tài)王“報警窗口”圖形對象進行顯示。(6)進行溫度恒值控制，用組態(tài)王游標進行溫度設定，以方便修改與調(diào)整。另外設定方法是：編程時直接數(shù)字設定，硬/軟遞增遞/減按鈕。(7)系統(tǒng)放大倍數(shù)、時間常數(shù)編程時直接數(shù)字設定，而積分系數(shù)經(jīng)過編程自動計算，用游標顯示（游標是一個雙向元件，兼有控制/被控制功效）。(8)設定溫度、實際溫度用實時趨勢圖（Y-T圖）和文本數(shù)字顯示方法顯示，棒圖和游標也是慣用顯示方法。(9)依據(jù)控制算法與控制律實時計算所得加熱器理論控制輸入和實際控制輸入（≥0≤+5V，經(jīng)過在編程時將理論控制輸入進行約束得到）用數(shù)字顯示。(10)利用組態(tài)王動態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE功效，進行組態(tài)王與Windows電子表格應用軟件Excel雙向數(shù)據(jù)通信，詳細數(shù)據(jù)為一些主要現(xiàn)場控制數(shù)據(jù)，如設定溫度（給定溫度和實際溫度等，自己擬訂。(11)采取實時署名制度：做完試驗，在組態(tài)王運行狀態(tài)屏幕上進行實時署名，簽上班級名稱和姓名，而后用屏幕拷貝形式將加熱器溫控情況實時復制到試驗匯報Word文件里。基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第36頁(12)應有年月/日期顯示。3、人機界面設計經(jīng)組態(tài)王工程瀏覽器/畫面，分別建立名為“加熱器二階最正確設計”和“報警顯示與DDE通信”兩個人機界面圖形對象，前一個為主窗口，分別如圖4-9和4-10所表示。4、I/O設備安裝(1)經(jīng)組態(tài)王工程瀏覽器/設備/板卡安裝名為“PCL812PG多功效卡”設備。(2)經(jīng)組態(tài)王工程瀏覽器/設備/COM1/PLC安裝名為“亞控仿真PLC”設備，用于將組態(tài)王中一些內(nèi)存變量如“設定溫度TSD”等先用基于“亞控仿真PLC”I/O變量替換，而后發(fā)送到其它Windows應用程序，如Excel等。(3)經(jīng)組態(tài)王工程瀏覽器/設備/DDE安裝名為“DDE通信Excel”設備，服務程序名為“Excel.exe”，主題名為“sheet1”，數(shù)據(jù)交換方式為“標準Windows項目交換”?！癉DE通信”設備用于將其它Windows應用程序，如Excel等中數(shù)據(jù)向組態(tài)王發(fā)送數(shù)據(jù)。基于工控機的微型加熱器溫度控制系統(tǒng)概述第37頁5、組態(tài)王變量設定在組態(tài)王工程瀏覽器/數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)詞典中定義變量：(1)轉換開關SA手動、轉換開關SA自動、加熱開啟SB2、加熱停頓SB3:I/O離散連接設備—PCL812PG多功效卡，存放器—DI0～DI3，數(shù)據(jù)類型—bit，讀寫屬性—只讀。(2)密碼開啟SBR