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单片机在造粒机及行星挤出机温控系统中的应用
发布时间 :[2012/12/10 8:23:16] 浏览次数 2232
摘要:为了改造造粒机及行星挤出机的温度控制系统,本方案利 用温度传感器PT进行温度采集,将采集到的模拟信号通过单 片机SPCE061A集成的A/D转化为数字信号,数据处理方面采用 16次平滑滤波,控制方面采用数字PID控制,设计出油温控制 系统。文中介绍了油温控制系统的控制原理,给出了系统硬件 设计框图、主要硬件电路的设计、软件设计的流程图。该设计 方案对行星挤出机的油温控制精度高,完全满足设计的要求。
关键词:造粒机、 SPCE061A;温度采集;PID控制;温控系统
生产聚氯乙烯(PVC)软质压延薄膜传统工艺路线流程长, 能耗大,工人劳动强度大,车间生产环境条件差,自动化程度 低。贵州千叶塑胶有限公司行星挤出机原有的系统已不能满足 生产的需要,需要对油温控制系统进行技术改造。行星挤出机 在生产过程中对齿套(料筒)和中心螺 杆的温度要控制适当。由于行星挤出 机料筒、螺杆较短,物料在机内塑炼时 间短,如果中心螺杆温度控制不当,会 出现物料一面生、一面熟的夹生料,物 料达不到塑化均匀的目的,直接影响 薄膜表面质量和内在质量。通过实践 经验表明,中心螺杆的温度应比外齿 套的温度高5~10℃较为合适,可使物料塑化均匀。由于外齿套和中心螺杆采用导热油加热,温度控 制灵敏方便。在该温控系统中,需要对温度信号进行采集,并 能够将采集到的数据还原为实际的状态信息,并以此作为控制 的出发点。本文利用SPCE061A自带的10位A/D转换器,结合 PT传感器完成对油温的采样,通过数字滤波等技术消除系统的 干扰因素,还原当前的温度值,并且对采集到的温度值进行 PID运算处理,实现对油温的控制和LED显示出来。
一、系统硬件系统设计
系统硬件框图如图1所示,整个系统以SPCE061A单片机 为核心,外围模块包括传感器模块、多组温控系统、键盘模块、 LED显示模块和声光报警模块等组成。其中:传感器模块完成 油温的温度采集;多组温控系统完成油温的多级精细加热;键 盘模块完成温控系统的控制温度设 置;LED完成油温等数据的显示;声 光报警系统主要用来对系统温度超 过报警线,或者系统温度过低时用 来提示操作人员对系统进行检查。 SPCE061A内部有8路10位精度的A/ D转换器,可以直接将传感器信号放 大后输入其A/D转换通道。SPCE061A 实时采样温度,通过LED将当前温度应尽量采用交换设备,减少网络延时。
1、视频会议设备部署。首先在总队及支队级会议室建立 视频会议终端。视频会议终端是用户应用的部分,主要进行音 频的编解码处理,为使用者提供本端及远端视频图像显示,音 频输出,是视频会议的应用系统。各个视频会议终端通过局域 网以IP广域网的方式与整个视频会议网进行连接。
由于视频流与音频流必须是连续传递的数据流,多个终端 之间不可能直接并联连接,否则来自不同会议场点的视频和音 频信号将重叠在一起通过,所以,必须在中心控制点建立视频 会议主控设备MCU(多点控制单元),进行整个视频会议的集中 控制。各分会场视频会议终端以IP的方式与MCU建立连接,通 过MCU进行图像与语言的分配和切换。本次方案将MCU设置在 中心网络节点处,即总队级信息中心机房。
总队是整个网络的中心,部署一台MGC-50 MCU,负责所 有支队和大队级视频终端和本地终端的接入和交换,可同时支 持国际电信联盟ITU的H.320和H.323等标准,满足设计要求 的集多点电视会议控制单元(MCU),网关(Gateway)和会议 控制(control)于一体,能够为基于IP网络上的视频、语音 和数据终端用户,提供多方、实时和互动的多媒体通信。在主 会场布署一台POLYCOM?ViewStation128机顶盒式视频会议终端 设备与显示设备(电视机、投影仪等)、扩音设备、话筒、摄 像机等外设连接,实现视、音频信号的输入和输出;部署一台 会议控制台,实现对会议过程的控制;部署一台流媒体服务 器,实现会议录像,并提供点播服务;在局域网中的任何一台 PC可以通过安装桌面会议终端,与MCU互联后即可加入正式会 议。也可以进行桌面终端之间的小型交换式讨论。 各支队部署一台MGC-25?MCU,负责所属大队视频终端和 本地终端的接入和交换。各区、县消防大队均采用IP接入方式,同样选择POLYCOM?ViewStation128机顶盒式视频会议终端 设备,在H.232下可达768Kbps的传输速率,支持局域网和PC 同时使用。
2、功能实现。通过该系统,可随时召开总队到各支队、大 队的远程视频会议,系统内任意一个终端均可作为主会场,实 现主席控制、导演控制、声音控制、自动轮询等多种切换模式。 为了让会议操作更加方便灵活,系统还可进行主叫呼集会议。 通过主叫呼集技术,召开会议无需提前预约、也无需MCU侧的 会议管理员参与,任意一个会场只要通过遥控器或终端控制台 即可借助于终端提供的界面选择与会终端,并召集这些终端进 行会议,使得整个会议像打电话一样方便。
3、方案特点
(1)方便应用的会议功能。系统中选择的设备有很多以人 为本的设计,充分考虑会议中的具体应用方便,而不是技术的 堆砌。端到端的双流技术、电话加入会议、动态多分屏、终端 主席控制、基于Web、OutLook的会议控制等等一系列的方便 应用的会议功能,使与会者真正身临其境。
(2)良好的可扩展性。系统中的设备全面支持H.320及H. 323标准,支持混网、混速、混协议,便于系统扩展。MGC-50 因其专业的多媒体应用设计,可以成为一个支持多种网络接入 的音、视频会议应用的多媒体平台,为用户以后的功能和行能 的扩充、扩展提供了保障。MGC的设计突破了级联层次的限制, 便于系统进行级联扩展。
(3)可靠性和安全性。系统中采用电信级设备,并提供全 面的诊断、维护手段,提高了系统的可用性;系统的设备充分 考虑了IP网络的特点,在用户、会议、功能等多方面充分考虑 了系统安全性,提供了多种安全保证手段;多种QoS技术的支 持、抗干扰技术的应用保证了系统的高性能。显示出来,并根据采样结果控制加热器,调节平均加热功率的 大小。
1、传感器模块
传感器模块的电路组成如图2所示。R3、R4、RP1和PT组 成传感器测量电桥,为了保证电桥输出电压信号的稳定性,电桥的输 入电压通过TL431稳压至2.5V。由PT传感器来检测温度变化 (温度在0~100度变化),当温度上升时,PT的阻值变大,输 入到差分放大电路同相端的信号变大,经过两级运算放大器放 大后的输出电压Av对应升高,将Av信号输入到单片机处理后, 去控制多组温控系统。电桥的一个桥臂采用可调电阻RP1,通 过调节RP1,可以调整输入到运放的差分电压信号大小,通常 用于调整零点。放大电路采用LM358集成运算放大器,为了防 止单级放大倍数过高带来的非线性误差,放大电路采用两级放 大,前一级放大倍数约为10倍,后一级约为3倍。
2、多组温控系统
多组温控系统的电路组成如图3所示,油温控制采用控制 电加热管的方式来完成。采用一组电加热管容易引起行星挤出 机温度出现较大波动,为了克服这个问题,系统中采用多级点 加热方式。当单片机检测到温度变化时,通过单片机的 IOA0~ IOA3口分别控制继电器K0~K3吸合与释放,来调节平均加热 功率的大小,达到控制温度的目的,通过软件的控制,可以方 便地控制L1~L4电加热管的功率,使温度控制更加平稳。
二、系统软件设计 行星挤出机油温控制系统软件流程如图4所示。系统设置 预设温度(系统的工作最高温度和工作最低温度,系统报警最 高温度和最低温度),系统采样油温,并通过预设温度,当前 温度,历史偏差等进行PID运算产生输出参数,通过该参数控 制加热时间和电加热的组数,从而调节加热器的平均功率,实 现系统的PID控制。当系统通电时,单片机系统被加电,程序 开始运行。系统首先将有关单元数据初始化,显示实测温度值 和实时时间,检测是否有键按下,执行各种功能键功能,系统 判断设备是否启动。当实时时间与设定的启动时刻相等或按启 动键时,设备开始运行,开始加热(四组电加热器开始工作), 当温度到达设定温度值下限时,电加热器保留一组开启,维持 系统的热损耗;当温度高于设定温度范围,停止加热;如果由 于出现异常或者电加热器故障不能停止电加热器,当温度超过 报警温度时,将发出声光报警。其中所有的设定值可保存,只 要不重新设定,系统能保存原有设置。温度控制涉及到温度的采集、温度的转化和通过温度控制 电加热器的开和关。每间隔1s执行一次温度采样操作,由于 干扰或者电路噪声的存在,在采样过程当中会出现采样信号与 实际信号存在偏差的现象,为了减小这方面原因造成的测量误 差,在实际采样时采样18个点,然后再除去其中偏差较大的 两个点,即一个最大值和一个最小值,再对剩余的16个点取 均值,这样得到的A/D转换结果比较接近实际值。在对数值进 行滤波操作之后,还要将A/D值转换为温度,我们采用公式法 将A/D值转化为实际的温度值,即采用:fT=(ADC_DATA*R)-B 转化公式。
系统采用数字PID闭环控制方案,它是控制工程中技术成 熟、应用广泛的一种控制策略,可以采用单片机通过采样的方 式来实现数字PID控制。通过温度的PID运算,产生输出结果 fout,该参数决定是否加热和电加热的组数,加热时间是多 长。该程序主要部分如下其中加热时间由主函数计算,由TimerB中断控制。
主程 序中通过PIDCalc函数得到fout参数,如果PIDCalc计算结果 比较大,说明离目标温度相差较大,则加热时间比较长,开启 的加热组数较多;如果计算结果比较小,说明离目标温度相差 较小,加热时间相对较短。
文中阐述了油温控制系统的控制原理,给出了系统硬件设 计框图、主要硬件电路的设计和软件设计流程图。该设计方案 在贵州千叶塑胶有限公司行星挤出机技术改造中获得成功。该 控制系统对行星挤出机的油温控制精度高、可靠性好、成本 低,比原有温度控制系统效果好,能很好地满足行星挤出机温 控系统的要求。
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