基于STM32的遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)設(shè)計

　　引言

　　溫度控制是工業(yè)控制的主要對象之一，常用的溫控數(shù)學(xué)模型是一階慣性加上純滯后環(huán)節(jié)，但其隨著加熱對象和環(huán)境條件的不同，會存在著較大的差異。因為溫控對象這種較為普遍的含有純滯后環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，容易引起系統(tǒng)超調(diào)和持續(xù)的振蕩，溫度控制對象的參數(shù)會發(fā)生幅度較大的變化。因此無法采用傳統(tǒng)的控制方法(如常規(guī)的PID控制)對溫度進(jìn)行有效的控制，而智能控制不需要對象的精確數(shù)學(xué)模型就可以對系統(tǒng)實施控制。溫度控制多采用由單片機(jī)系統(tǒng)來實現(xiàn)溫度控制，其缺點(diǎn)是遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性差，特別是當(dāng)控制點(diǎn)較多、距離較遠(yuǎn)時，采取總線方式的通訊出錯概率較高，影響到溫度的控制精度。

　　目前，多家廠商(如日本導(dǎo)電、島通)均推出精度可達(dá)0.1級的基于PID算法的智能型溫控儀表，然而這些公司對其核心技術(shù)并不公開，同時也不開放用于系統(tǒng)改進(jìn)的接口或者代碼。本文的設(shè)計基于STM32硬件單元，采用一種溫控單元與計算機(jī)相結(jié)合的主從式遠(yuǎn)程溫度控制模式。利用工控機(jī)進(jìn)行PID參數(shù)整定后通過網(wǎng)絡(luò)控制溫控單元的輸出，溫控單元輸出控制信號調(diào)整可控硅的開角，從而達(dá)到改變加熱功率的目的。本文采用儀表與計算機(jī)相結(jié)合的主從控制模式，軟、硬件部分分別獨(dú)立工作，便于系統(tǒng)的升級改造，可以有效地提高控制策略的靈活性。

　　本文所研究的基于組態(tài)軟件實現(xiàn)的模糊PID算法智能溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，能較好地解決溫度的遠(yuǎn)程控制問題，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單，溫度控制精度高。

　　系統(tǒng)總體方案設(shè)計

　　溫度控制系統(tǒng)用于控制電加熱爐內(nèi)的溫度，熱源為高溫電阻絲，采用可控硅電壓調(diào)整器來進(jìn)行電加熱爐的溫度調(diào)整，此調(diào)整器是通過控制可控硅的導(dǎo)通角而調(diào)整輸出電壓、改變加熱體的發(fā)熱功率、從而達(dá)到控制電加熱爐溫度的目的。

　　如圖1所示，加熱爐實時的溫度由溫控單元采集熱電偶轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，?jīng)溫控單元整理后，通過TCP/IP協(xié)議將打包后的溫度數(shù)據(jù)傳送至工控機(jī)端，將此溫度的采樣值與設(shè)定值比較，采取相應(yīng)的控制算法計算出實時的PID參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)控制溫控單元，溫控單元輸出4~20mA電流信號至可控硅調(diào)壓器，對可控硅的導(dǎo)通角的開度進(jìn)行控制，調(diào)整加熱爐的溫度。采用本方案設(shè)計的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)的特點(diǎn)。