基于PCI板卡的计算机温度监控系统(2)

基于PCI板卡的计算机温度监控系统软件设计

1 引言

1.1 系统设计的背景及意义

国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，以日本、美国、德国等国技术领先。近年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，温度已成为工业对象控制中一个重要参数，特别是在冶金、化工和机械等各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。传统的生产方案已经不满足高精度、高速度的要求。近年来快速发展出现了许多先进的温度控制方式，如：计算机控制、PID控制、模糊控制、神经网络及遗传算法控制等等。这大大提高了控制精度，提高了生产效率。

温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。在工业生产过程中，为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度、压力、流量、速度等进行有效的控制，其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件，如冶金工业的加热炉、电力工业的锅炉、化学工业的反应炉等设备，通过对温度的监控，保证产品的质量。即使日常生活中的微波炉、电烤箱、电热水器、空调等家用电器也同样需要温度监控[1]。可见温度监控广泛应用于社会生活的各个领域，所以对温度进行监控是非常有必要和有意义的。

加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，冶金﹑机械﹑食品﹑化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉﹑热处理炉﹑反应炉，对工件的处理均需要对温度进行控制。因此，在工业生产和家居生活过程中常需对温度进行检测和监控。由于许多实践现场对温度的影响是多方面的，使得温度的控制比较复杂，传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产。随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于计算机控制技术所取代。而计算机本身优异的性能使基于 PCI板卡的温度控制系统变的经济高效稳定且维护方便。这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意义。

由于温度自身的一些特点，如惯性大、滞后现象严重、难以建立精确的数学模型等，传统的控制方式由于其控制精度不高、不能及时跟踪对象特性变化等原因造成控制系统性能不佳。本文基于这一特点，研究了一种智能控制方案，计算机控制方案。并将控制方案成功运用于对实验室电炉中水的温度进行控制。由此可见，本课题的设计方案具有可行性和一定的推广性，若能应用与实际生产中，将对提高企业自动化水平、降低生产

1

基于PCI板卡的计算机温度监控系统软件设计

成本、减轻工人劳动强度等方面起到积极的促进作用[2]。

1.2 系统设计的目的

本设计用工业控制计算机作控制器，设计单闭环温度控制的软件系统，对模拟电加热锅炉的温度对象进行控制。借助于PCI板卡的输入输出通道来实现温度采集、输出驱动，并在上位机的组态软件中实现PID控制算法，同时用组态软件设计监控界面来实现温度的显示控制。通过此课题的设计，能够使自动化的学生对工业过程控制对象具有进一步的了解，同时熟练掌握自动化控制系统的设计流程，为就业打下坚实基础。

1.3 论文的组织结构

本设计以自制模拟锅炉为平台，设计了基于PCI板卡的计算机温度监控系统的软件系统。本文共分四章，内容组织如下：

第1章：引言。主要介绍了课题研究的背景和意义、温度对象的特点以及本设计的目的和论文的组织结构。

第2章：系统硬件介绍。介绍了控制系统硬件设计思路、硬件以及信号连接的介绍。 第3章：系统的软件设计。首先设计控制系统的软件设计思路、设计了温度数据的标度变换、然后进行上位机监控画面的设计、控制算法的设计以及采样周期的选取。

第4章：系统调试与运行及常见的问题分析。通过前几章设计出了计算机温度监控系统，本章主要是通过试验验证温度控制系统调节参数是否达到要求，并对结果进行分析，以及设计过程中出现问题的解决方法。

2 系统硬件介绍

2.1 系统硬件设计思路

在化工、石油、冶金等生产过程的物理过程和化学反应中，温度往往是一个很重要的变量，因此它需要准确地加以监控。温度监控系统常用来保持温度恒定或者使温度按照某种规定的规律变化[3]。温度监控是控制系统中最为常见闭环控制类型，它的原理图如图1所示。

设定温度+-测量装置+调节器执行机构被控对象当前温度

图1 温度控制系统方框图

2

基于PCI板卡的计算机温度监控系统软件设计

温度监控系统由被控对象、测量装置、调节器和执行机构构成。测量装置对被控锅炉中水的温度进行测量，并将测量值与给定值比较，若存在偏差便由控制算法对偏差信号进行处理，再输送给执行机构来启动或停止加热丝工作给被控对象的进行加热，使被控水的温度调节到设定值。被控对象是锅炉中水的温度。

基于上述理论设计出本系统。本系统硬件部分主要有：研华PCI1710HG多功能板卡、PCL-10168型电缆、ADAM3968接线端子板、SWBZ型变送器、HH52P型固态继电器、CJ20-10型接触器、电热炉、温度传感器PT100，控制系统结构图如图2所示。

PCI1710HG多功能板卡电 加热锅炉PT100SWBZ型变送器CJ20-10型交流接触器HH52P型继电器ADAM-3968接线端子板计 算机 图2 控制系统结构图

2.2 硬件介绍

（1）PCI1710HG多功能板卡介绍

PCI1710HG是一款功能强大的、低成本的、多功能的PCI总线数据采集卡，如图3所示。其先进的电路设计使得它具有更高的质量和更多的功能，这其中包含5种最常用的测量和控制功能：16路单端或8路差分模拟量输入、12位A/D转换器（采样速率可达到100kHZ）、2路12位模拟量输出、16路数字量输入、16路数字量输出及计数器/定时器功能。

PCI1710HG多功能板卡的主要特性如下：单端或差分混合的模拟量输入、FIFO存储器、可编程计数器、支持即插即用功能[4]。 …… 此处隐藏：830字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……