【基于單片機(jī)的工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告2800字】

開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名學(xué)號(hào)所在院系專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師職稱論文題目基于單片機(jī)的工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題來(lái)源課題類別預(yù)計(jì)完成時(shí)間選做本題目的原因及條件分析：溫度是工業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要參數(shù)之一。溫度的控制在許多領(lǐng)域中都有著積極的意義。在很多行業(yè)中都有大量的用電加熱設(shè)備，如硅碳棒等。溫度是日常生活中的重要參數(shù)。對(duì)溫度的控制效果將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量及其使用壽命，因此，溫度控制成為各個(gè)領(lǐng)域中的一項(xiàng)很關(guān)鍵的技術(shù)，研究高性能的溫度控制器具有重要意義。硅碳棒的使用溫度高，又具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、升溫快、壽命長(zhǎng)、高溫變形小等特點(diǎn)，同時(shí)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。與自動(dòng)化電控系統(tǒng)配套，還可得到精確的恒定溫度，又可根據(jù)需要按曲線自動(dòng)調(diào)溫。使用硅碳棒加熱既方便，又安全可靠?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各類加熱設(shè)備的電加熱元件。本課題研究的現(xiàn)狀、意義，擬研究的主要問(wèn)題、重點(diǎn)和難點(diǎn)，研究方法和步驟、預(yù)期結(jié)果：研究現(xiàn)狀：傳統(tǒng)的電加熱熔煉爐、保溫爐以電阻作為加熱元件，其優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，但熱效率低、能耗高、熔化速度慢、控制精度低。近些年來(lái)出現(xiàn)的以硅碳棒為加熱元件的電加熱爐，具有控制精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。在爐溫控制方面，硅碳棒式電加熱爐與電阻加熱爐有較大區(qū)別，已有部分學(xué)者對(duì)硅碳棒式電加熱爐的爐溫控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如：丁利輝（2013）對(duì)硅碳棒式加熱爐和傳統(tǒng)電阻式加熱爐特點(diǎn)進(jìn)行了比較，詳細(xì)分析了硅碳棒式加熱爐溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理。指出，為了適應(yīng)硅碳棒這種加熱元件的負(fù)阻特性，消除工作中出現(xiàn)的電流大幅脈動(dòng)和沖擊，在設(shè)計(jì)制造硅碳棒式電加熱爐時(shí)，宜采用三角形接線，并配合移相調(diào)壓方式進(jìn)行溫度控制。張世生（2014）指出：根據(jù)硅碳棒的電氣特性和加熱特性，以可編程控制器為核心利用可控硅控制硅碳棒加熱過(guò)程，可充分發(fā)揮其性能，減少斷棒，延長(zhǎng)使用壽命；根據(jù)爐窯加熱工藝，可精確控制爐窯溫度，使其按照預(yù)設(shè)的溫度曲線進(jìn)行加熱，即保護(hù)了爐窯又節(jié)省了能量，自動(dòng)化程度高；系統(tǒng)中使用觸摸屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、顯示與操作控制，配合儀表實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警等保護(hù)。研究意義：本次研究的硅碳棒電加熱溫度控制器的關(guān)鍵在于溫度控制器的控溫方面，采用PID控制方式。這是由于傳統(tǒng)的定值開(kāi)關(guān)溫度控制法通過(guò)硬件電路或者軟件計(jì)算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定溫度值之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)加熱源進(jìn)行通斷控制。這種開(kāi)關(guān)控溫方法較簡(jiǎn)單，是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點(diǎn)時(shí)就關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點(diǎn)時(shí)就開(kāi)通電源，因而無(wú)法克服溫度變化過(guò)程的滯后性，導(dǎo)致系統(tǒng)溫度波動(dòng)大，控制精度低，不適于高精度溫度控制。PID控制器中引入了參數(shù)整定和自適應(yīng)控制理論，其具有算法簡(jiǎn)單，可靠性高等特點(diǎn)。由于PID控制器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差，誤差變化以及誤差積累三個(gè)因素，因此其控制性能一定優(yōu)越于定值開(kāi)關(guān)控溫法。采用此方法實(shí)現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個(gè)PID參數(shù)，即比例值，積分值，微分值。只要PID參數(shù)選取的正確，對(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)，其控制精度比較令人滿意。硅碳棒電加熱溫度控制器的可靠性高、精度高、操作簡(jiǎn)單、功耗低、成本低。所以本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是十分必要的。擬研究的主要問(wèn)題、重點(diǎn)和難點(diǎn)(1)溫度采集：此部分是使用型號(hào)為WRP-130的鉑銠10-鉑熱電偶為測(cè)溫元件，再將其輸出電壓經(jīng)過(guò)處理變送再經(jīng)過(guò)電壓跟隨后，與STC12C5A60S2單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換相配合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)初始溫度的采集；(2溫度設(shè)置：此部分依靠四個(gè)撥盤(pán)與單片機(jī)配合實(shí)現(xiàn)對(duì)最終溫度的設(shè)置；(3)LCD液晶顯示部分：采用FYD12864-0402B液晶顯示模塊，對(duì)溫度采集所得溫度以及設(shè)定溫度進(jìn)行顯示；(4)溫度控制部分：此部分首先采用過(guò)零觸發(fā)雙硅輸出光耦MOC3061實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)及可控硅溫度控制器的隔離功能；然后采用雙向可控硅MAC97A6構(gòu)成過(guò)零比較電路，與單片機(jī)配合，運(yùn)用PID控制方式來(lái)控制正弦波導(dǎo)通的周期個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制功能。研究方法和步驟本次課題即是針對(duì)高溫控制系統(tǒng)-硅碳棒電加熱溫度控制器的設(shè)計(jì)進(jìn)行的分析與設(shè)計(jì)，我們采用了以STC12C5A60S2單片機(jī)為主體，鉑銠10-鉑熱電偶溫度采集模塊，溫度設(shè)置模塊，LCD液晶顯示模塊以及溫度控制模塊相搭配的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)中單片機(jī)將采集到的溫度與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，由此來(lái)判定硅碳棒上是否繼續(xù)加熱。此外還加入了顯示模塊，將采集到的溫度以及設(shè)定的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，使得整個(gè)設(shè)計(jì)更加完整，更加靈活。預(yù)期結(jié)果設(shè)計(jì)基于STC12C5A60S2單片機(jī)的硅碳棒電加熱溫度控制器，用于控制溫度。功能如下：根據(jù)給定的溫度，調(diào)節(jié)硅碳棒的控制電壓，從而調(diào)節(jié)溫度，實(shí)現(xiàn)溫度的閉環(huán)控制。溫度通過(guò)通訊方式傳入系統(tǒng)，硅碳棒電源電壓為220V，功率為10kw，溫度調(diào)節(jié)范圍在0～1300度，測(cè)量精度為1%。采用雙向可控硅溫度控制電路對(duì)其采用計(jì)算機(jī)軟件方法來(lái)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)功能，使溫度到達(dá)設(shè)定溫度。論文主要內(nèi)容（提綱）：第一章前言 1.1本文研究的目的和意義 1.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 1.3設(shè)計(jì)的要求與方案 第二章總體設(shè)計(jì)分析 2.1組成框圖2.2主要功能模塊的簡(jiǎn)介 2.2.1傳感器溫度采集 2.2.2溫度設(shè)置 2.2.3LCD液晶顯示 2.2.4溫度控制 第三章硬件設(shè)計(jì) 3.1主控系統(tǒng) 3.1.1STC12C5A60S2單片機(jī)簡(jiǎn)介 3.1.2最小應(yīng)用系統(tǒng)模塊3.2傳感器溫度采集模塊 3.2.1器件選型與簡(jiǎn)介 3.2.2整個(gè)模塊設(shè)計(jì)與分析 3.3溫度設(shè)置模塊 3.4LCD液晶顯示模塊 3.4.1器件選型與簡(jiǎn)介 3.4.2整個(gè)模塊設(shè)計(jì)與分析 3.5溫度控制模塊 3.5.1光耦器件選型與簡(jiǎn)介 3.5.2可控硅器件選型及簡(jiǎn)介 3.5.3整個(gè)模塊設(shè)計(jì)與分析 第四章軟件設(shè)計(jì) 4.1主程序設(shè)計(jì) 4.2子程序部分 4.2.1A/D轉(zhuǎn)換程序 4.2.2溫度設(shè)置程序 4.2.3LCD顯示程序 4.2.4PID溫度控制程序 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 附錄一（電路原理圖及PCB圖） 附錄二（部分程序） 致謝 進(jìn)度安排：1、2017年3月31日前確定論文指導(dǎo)老師，并通知到每位學(xué)生。2、2017年4月1日-4月5日，學(xué)生確定選題并完成開(kāi)題報(bào)告，交于指導(dǎo)老師審閱。3、2017年4月6日-4月10日，學(xué)生撰寫(xiě)論文初稿，并進(jìn)行修改。3、2017年4月11日-4月15日，學(xué)生撰寫(xiě)論文第二稿并交于指導(dǎo)老師審閱，進(jìn)行再修改。4、2017年4月16日-4月30日根據(jù)論文定稿格式要求，完成論文定稿。將修改完的定稿打印，一式兩份，交于指導(dǎo)教師評(píng)閱。5、2017年5月10日前，指導(dǎo)老師評(píng)定學(xué)生畢業(yè)論文成績(jī)，并交于教務(wù)處。參考文獻(xiàn)（主要）：[1]丁利輝.硅碳棒式加熱爐的爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].有色金屬加工,2013,06:54-56.[2]張世生.基于硅碳棒的電爐溫度控制研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2014,01:118-121.[3]黃運(yùn)生,孫奇兵,陳學(xué).硅碳爐溫度與表面負(fù)荷的最優(yōu)控制[J].微計(jì)算機(jī)信息,2013,12:7-9.[4]盧永霞,趙占雄,姚瑞英,楊輝靜.三菱PLC特殊模塊在感應(yīng)電爐溫度控制中的應(yīng)用[J].鑄造技術(shù),2013,12:1755-1757.[5]厲成金.工業(yè)電爐溫度控制系統(tǒng)中數(shù)字PID算法的改進(jìn)研究[J].河南化工,2013,19:53-56.[6]于峰杰.某密閉電爐溫度軟測(cè)量及控制[D].鄭州大學(xué),2014.[7]努爾哈孜·朱瑪力.可編程序控制器在電爐溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用的研究[J].新疆大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,02:229-232.[8]畢厚煌,何家寧,郭凱,黎土煜.中頻感應(yīng)電爐溫度補(bǔ)償控制系統(tǒng)研究與分析[J].特種鑄造及有色合金,2016,07:700-702.[9]王長(zhǎng)成.中頻感應(yīng)電爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鑄造技術(shù),2014,07:1571-1572.[10]周建壯.基于自校正PID算法的電爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)春教育學(xué)院學(xué)報(bào),2014,12:50-51.[11]王恩亮.基于MSP4305438A的中頻電爐溫度控制設(shè)計(jì)[J].鄂州大學(xué)學(xué)報(bào),2014,10:104-106.[12]王付敏.高精度熱處理電爐溫度控制及其EMC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2014.[13]周正林,張昕.基于單片機(jī)的電爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù),2013,12:115-116.[14]袁平.PID控制在中低頻電爐溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].鑄造技術(shù),2013,10:1413-1415.[15]關(guān)艷翠.自校正PID算法在電爐溫度控制中的應(yīng)用[J].科技信息,2013,06:441-442.指導(dǎo)教師意見(jiàn)：