溫度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計研究

楊恩偉

摘 要：自動控制系統(tǒng)的發(fā)展隨著當今科學(xué)技術(shù)水平的提升被不斷完善，并且在當今社會生產(chǎn)生活當中也起著至關(guān)重要的作用。對于電廠的熱力系統(tǒng)而言，建立高效的溫度自動控制系統(tǒng)，對于電廠熱力系統(tǒng)的完善具有促進意義。溫度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，主要是基于電廠熱力系統(tǒng)進行研究，保證溫度自動控制系統(tǒng)能夠滿足相應(yīng)要求。

關(guān)鍵詞：溫度 自動控制系統(tǒng) 熱力系統(tǒng)

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（c）-0056-01

溫度，作為一個需要不斷監(jiān)控以及控制的變量存在，在社會的生產(chǎn)生活當中至關(guān)重要。隨著工業(yè)化進程的不斷發(fā)展以及社會需求的不斷提升，對于溫度方面的控制也向著自動控制方面發(fā)展，實現(xiàn)了溫度控制的科學(xué)化、自動化以及精準化。溫度自動化控制系統(tǒng)涉及到工業(yè)生產(chǎn)中的諸多方面，在電廠熱力系統(tǒng)當中的應(yīng)用，能夠保證電力系統(tǒng)的高效運行。由此可見，該次研究具有一定的現(xiàn)實意義。

1 我國溫度自動控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國由于受到條件限制，對于溫度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用差強人意，并且呈現(xiàn)出以下兩個方面的特點：一方面，雖然在生產(chǎn)應(yīng)用當中溫度自動化控制系統(tǒng)存在幾十種，但其中很多已經(jīng)不能夠滿足生產(chǎn)生活的根本需求，造成技術(shù)能力低下；另一方面，溫度自動化控制系統(tǒng)存在仿造以及不達標的現(xiàn)象，市場管理過于混亂，并且在市面流通的溫度自動控制系統(tǒng)普遍存在嚴重的質(zhì)量與技術(shù)問題，這在應(yīng)用當中一旦出現(xiàn)問題，將會造成巨大損失。

2 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)在設(shè)計過程中，主要是將MSP430F449系統(tǒng)作為主要的控制核心，包括溫度采集、PID算法功率控制、條文、人機交互模塊等內(nèi)容。并且采用的溫度傳感器使用DS18B20作為溫度的具體采樣原件，保證在系統(tǒng)內(nèi)部定時器的控制下，通過I/O將接口從DS18B20讀取采樣值，在通過PID控制算法之后實現(xiàn)電流方向的控制以及PWM波的輸出。系統(tǒng)設(shè)計中，電流的方向決定于對穩(wěn)控對象的溫度控制，保證恒定溫控[1]。

3 溫度自動控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬件設(shè)計

3.1.1 以MSP430F449為基礎(chǔ)平臺

TI公司推出的MSP430F449是一種集成數(shù)字和模擬電路，并且擁有16位超低功耗混合信號的處理器。其中的16位處理器能夠通過總線連接的方式與外界的存儲器以及相應(yīng)模塊進行連接。同時，該基礎(chǔ)平臺具備嵌入式仿真處理功能，自身擁有JTAG借口。由于該平臺具備16位的數(shù)據(jù)傳輸寬度，能夠保證對于相關(guān)數(shù)據(jù)的高效處理，保證安靜的工作環(huán)境。

3.1.2 以AT89S51為控制器

為了充分避免傳統(tǒng)控制器處理效率低下、處理速度較慢并且讀數(shù)困難的現(xiàn)狀，在進行溫度自動控制系統(tǒng)設(shè)計的過程中，大多數(shù)采用AT89S51作為主動控制器。該控制器作為整合溫度自動控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成，具備電路設(shè)計簡單等相應(yīng)特點。在這其中包括單片機為AT89S51主控制器、DS18B20溫度傳感器、顯示電路的液晶顯示屏以及3×4鍵盤的鍵盤電路，保證整個自動控制系統(tǒng)具備高效性特點[2]。

3.1.3 PID參數(shù)控制效果分析

PID控制系統(tǒng)當中包含3各基本參數(shù)，即Kp、KI、KD，這三項參數(shù)當中的實際控制作用如下。

Kp為比例調(diào)節(jié)參數(shù)：通過比例能夠反映系統(tǒng)的偏差。將該比例參數(shù)的數(shù)值增大，能夠提升系統(tǒng)的反應(yīng)能力，有效的減少由于速度以及穩(wěn)定性方面存在的誤差。在整個系統(tǒng)當中，該調(diào)節(jié)值主要影響速度。

KI為積分調(diào)節(jié)參數(shù)：該參數(shù)能夠消除在運行狀態(tài)下的誤差，提供整個系統(tǒng)的精準度。但在系統(tǒng)當中應(yīng)用積分調(diào)節(jié)，將會導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面下降，動態(tài)響應(yīng)速率將降低。

KD為微分調(diào)節(jié)參數(shù)：該參數(shù)主要是反映信號方面的變化率，能夠有效的預(yù)見偏差以及相應(yīng)的變化趨勢，實現(xiàn)對溫度的超前控制。雖然微分控制能夠提升系統(tǒng)跟蹤性能，但也相應(yīng)的產(chǎn)生了噪聲，震動過于劇烈[3]。

3.1.4 溫控裝置及原理

DS18B20支持“一線總線”接口，并且在進行測量的過程中測量數(shù)值范圍廣泛，該溫控裝置能夠根據(jù)程序的不同設(shè)定為相應(yīng)的分辨率，保證將溫度精度控制在0.0625℃，分辨率較高，并支持3-3.5V的電壓范圍。其主要部件：64位激光ROM，溫度傳感器，非易失性溫度報警觸發(fā)器TH以及TL，高度暫存器。

（1）單線總線訪問DS18B20協(xié)議。

DS18B20需要通過嚴格的協(xié)議才能夠保證數(shù)據(jù)的完整性，具體包含以下程序內(nèi)容：第一，初始化。通過總線處理的所有執(zhí)行都需要通過初始化的程序開始，保證為后續(xù)操作做好準備；第二，ROM操作命令。一旦總線控制器檢測到存在脈沖，就會發(fā)出相應(yīng)的命令，包括：Read ROM，Match ROM，Skip ROM，Search ROM，Alarm Search等指令。

（2）讀寫時間隙。

DS18B20的數(shù)據(jù)讀寫是通過時間的間隙處理以及具體指令進行信息方面的確認。必須在時間間隙明確時間讀寫以及寫入需求數(shù)據(jù)，保證良好的把握時間段內(nèi)容。

3.2 軟件設(shè)計

在整個系統(tǒng)的軟件方面，對系統(tǒng)軟件的內(nèi)部元件設(shè)計包括信號串并行轉(zhuǎn)換電路、鍵盤接口電路、DDS信號發(fā)生器以及ID接口電路，充分的發(fā)揮出MSP430的巨大功能。同時，在軟件設(shè)計方面需要控制數(shù)字溫度傳感器DS18B20的控制。整體的設(shè)計過程中為：系統(tǒng)城市化，等待按鍵操作中斷；選擇控制熱力系統(tǒng)中的恒定溫度，并進行溫度方面的設(shè)定，保證溫度能夠滿足電廠熱力系統(tǒng)的運行要求。

4 系統(tǒng)測試結(jié)果分析

系統(tǒng)在設(shè)計完成后，能夠在一定程度上保證對電廠熱力系統(tǒng)溫度的有效控制，并能夠保證將溫度差值控制在5℃以內(nèi)，完全滿足熱力系統(tǒng)高溫狀態(tài)下±6.5℃的要求，滿足電力系統(tǒng)的供電需求。同時，將電廠熱力系統(tǒng)溫度設(shè)定為回水溫度65℃，出水溫度85℃，經(jīng)過溫度自動控制系統(tǒng)的處理，最終的回水溫度保持為67℃，出水溫度為86.5℃。通過具體的實驗，證明實驗結(jié)果較為準確，系統(tǒng)對溫度的控制水平較高。

5 結(jié)論

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，溫度自動控制系統(tǒng)的需求量也在逐漸增大，如何保證溫度自動控制系統(tǒng)的準確性至關(guān)重要。文章將MSP430F449為溫度控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，將AT89S51作為控制器，為電廠的熱力系統(tǒng)提供了準確的溫度自動化控制，具有一定的推廣以及應(yīng)用效果。

參考文獻：

[1] 覃亮.溫度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2014，4（13）：22-23.

[2] 熊偉，陳小宜.污水處理自動控制系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013，4（2）：199-200.

[3] 吳昌渝.發(fā)射機及機房的溫度自動控制系統(tǒng)的改造[J].廣播電視信息，2011，10（9）：179-181.endprint