防彈衣生產線溫度控制系統設計改進
加入技術交流群
1．3 數字量輸出控制模塊
數字量輸出控制模塊采用Witium生產的WT-ADC216F分布式模塊。WT-ADC216F模塊的處理器采用ST公司生產的COTEX—M3內核STM32F103。該模塊具有八路繼電器輸出、一路RS485支持MODBUS RTU標準通信協議。該模塊為工業級產品，廣泛用于工業現場數字量輸出控制，如報警燈控制或大功率固態繼電器開關。
本方案通過WT-ADC216F模塊的RS485接口接收人機界面送來的控制信號，經過本模塊的繼電器輸出控制大功率固態繼電器，從而控制現場380 V加熱絲的加熱狀態。
1．4 模擬量采集模塊
模擬量采集模塊采用臺灣巨諾公司生產的雙回路AD模塊，此模塊專門用于鉑電阻溫度采集并轉換成數字量，廣泛應用于工業場合。具有兩個模擬量(鉑電阻)輸入通道、一路RS485 Modbus RTU通信接口、16位高精度AD轉換、符合工業標準EMC規范。
本設計方案通過此AD模塊采集現場鉑電阻溫度模擬量，轉換成16位精度的數字量，通過RS485 MODBUS通信協議發送到遠程控制柜的觸摸液晶屏主控模塊，進行溫度采集及運算。
2 軟件設計
本系統方案中軟件設計主要在觸摸液晶屏主控模塊內，包括嵌入式WINCE操作系統、驅動及應用程序，而應用程序包括：圖形交互界面、RS485通信協議、模糊PID控制算法。
WinCE操作系統廣泛應用于工業現場，適合本控制系統。系統軟件框圖如圖3所示。本文引用地址：http://www.j9360.com/article/159370.htm
2．1 WINCE操作系統功能定制及驅動程序設計
WINCE操作系統及驅動程序是基于底層的中間層，是對應用程序層提供的一個軟件開發平臺。本方案WINCE操作系統定制及驅動程序設計是基于微軟提供的標準BSP包，然后根據觸摸液晶主控模塊的硬件需求修改及添加BSP包的內容。其中設備驅動添加了RS485通信、液晶屏及觸摸屏驅動；配置文件修改了部分環境變量及．bib文件。
2．2 圖形交互界面程序的實現
圖形交互界面程序采用EVC進行開發，EVC是WINCE操作系統開發圖形交互界面的集成開發環境。本系統的圖形交互界面設計采用微軟的MFC框架，使用MFC及ATL庫提供的一組可重用通用類、繼承或間接派生類協肋開發，生成界面主體框架。圖形交互界面程序主要完成了4路溫度采集值顯示、用戶設定的4路溫度控制值、溫度數據歷史記錄保存及查詢、歷史記錄文件讀取、四路溫度控制實時曲線顯示、超溫報警燈顯示等。
2．3 RS485通信協議、模糊PID控制算法
本系統RS485通信協議采用標準的MODBUS RTU通信協議，其通用性強，應用廣泛。由于AD采集及數字量輸出模塊軟件已設計為MODBUS從機模式，因此觸摸液晶主控模塊的通信程序為主機模式，其通信指令主要有向從機讀取溫度數據、向從機輸出數字量控制信息等。
本系統的智能溫度控制體現在溫度模糊PID控制算法上。
本系統應用現場及控制對象為大爐溫度，該類型的被控對象會隨著季節的變化出現控制效果的變化，用經典法來預測PID會存在不可靠現象，系統工程師可以經過一段時間到現場進行維護或寫入經驗值，系統也可以定期自整定PID。但是這些方法都會產生高昂的維護費用、同時也會打斷產線的正常生產。因此本系統引入模糊PID控制算法，對經典PID的3個系數加入模糊算法控制，從而對大爐溫度控制對象進行模糊控制，解決因季節或環境變化導致控制效果不理想的問題。
一般增量式PID的經典公式：
軟件實現：Kp*Error+Ki*SumError+Kd*dError
加入模糊控制之后，kp，ki，kd的值會隨著環境的變化而發生細微改變而非一成不變。
加入PID之前，控制系統的傳遞函數是：1／(s2+23s)。
評論