课程设计_陶瓷隧道窑微机温度控制系统.doc

陶瓷隧道窑微机温度控制系统
摘要
目前我国陶瓷隧道窑炉大多采用人工或简单仪表控制,要想使窑炉长期达到最佳工作状态是不可能的,造成产品合格率、一级品率一直处于较低的水平。陶瓷隧道窑炉是由预热带、烧成带和冷却带三个部分组成,瓷件烧成温度在1320℃左右,窑内温度场主要由烧成带12对喷嘴燃冷煤气产生,窑炉系统用8组风机来调节窑内的压力场。排烟风、助燃风将直接影响烧成带的温度场,急冷风会影响最终产品的质量。
温度控制系统将采集的各点温度值,经A/D转换后与设定值进行比较,控制器输出经由D/A变换,变成 4~20mA形式模拟量输出给电动执行器,驱动蝶形阀调节喷嘴的煤气进给量,从而控制烧成带的温度。12只温度传感器与12个喷嘴一一对应。
关键词: MSP430F149单片机、热电偶,变送器、大林算法、I2C总线、多路开关
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陶瓷隧道窑炉是由预热带、烧成带和冷却带三个部分组成,瓷件烧成温度在1320℃左右,窑内温度场主要由烧成带12对喷嘴燃冷煤气产生,窑炉系统用8组风机来调节窑内的压力场。排烟风、助燃风将直接影响烧成带的温度场,急冷风会影响最终产品的质量。
温度控制系统将采集的各点温度值,经A/D转换后与设定值进行比较,控制器输出经由D/A变换,变成 4~20mA形式模拟量输出给电动执行器,驱动蝶形阀调节喷嘴的煤气进给量,从而控制烧成带的温度。12只温度传感器与12个喷嘴一一对应。
窑温控制示意图

被控过程传递函数是一个大的延迟环节,而且温度的控制对系统的输出超调量有严格的限制,用最少拍无纹波数字控制器的设计,和PID算法效果欠佳,所以本设计采用大林算法设计数字控制器。

窑温控制在1320±10℃范围内。微机自动调节:正常工况下,系统投入自动。模拟手动操作:当系统发生异常,投入手动控制。
微机监控功能:显示当前被控量的设定值、实际值,控制量的输出值,参数报警时有灯光报警。
二、硬件的设计和实现

本系统控制的回路12个,所以只需要一片微控制器即可实现,本设计采用TI公司的MSP430系列单片机,MSP430 系列是一个 16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机,有较高的处理速度,在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。采用的是 ~ 电压。MSP430 系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗( WDT )、模拟比较器 A 、定时器 A ( Timer_A )、定时器 B ( Timer_B )、串口 0 、 1 ( USART0 、 1 )、硬件乘法器、液晶驱动器、 10 位/12 位 ADC 、 I 2 C 总线直接数据存取( DMA )、端口 O ( P0 )、端口 1~6 ( P1~P6 )、基本定时器( Basic Timer )等的一些外围模块的不同组合。16 位定时器( Timer_A 和 Timer_B )具有捕获/ 比较功能,大量的捕获/ 比较寄存器,可用于事件计数、时序发生、 PWM 等;具有较多的 I/O 端口,最多达 6*8 条 I/O 口线; P0 、 P1 、 P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入; A/D 转换器有较高的转换速率,最高可达 200kbps ,能够满足大多数数据采集应用;硬件 I 2 C 串行总线接口实现存储器串行扩展;
(EPROM、RAM、键盘、显示、通信端口等)
本设计采用MSP149作为主控芯片,内有2K的RAM和60K的 FLASH在程序运行中已经足够了不需扩展RAM了,扩展一片AT24C128(EPROM) 以保存一些断电时的RAM的值和一些报警信息值以便查询,AT24C128采用I 2 C总线进行传
输数据方便且占用端口少,可用MSP149的I/O端口的一位即可实现。键盘采用非编码键盘,设计5个按键,其中一个+键,一个-键,用于设定数据时的数据值
的加和减,一个菜单键按一下进入设定模式,用+键-键查找需要设定的模式选项(模式有设定手自动控制,设定报警限度,),还有一个确定键,确定键按下后系统将按照设定值运行,和一个显示切换按键,以显示不同组的温度值。显示部分采用数码管显示,采用两片4级联的共阳极数码管实现,用以显示温度值,通信端口采用单片机内部的串行异步通信模块用RS485标准通信,实现下位机到上位机的通信,以使数据传入计算机,通过计算机可实现联网,从而实现远程监控。
(温度测量、控制输出电路等);
陶瓷隧道窑炉中温度通过热电偶传感器变换为微弱电压信号再经变送器转换为1-5v电