基于虛擬儀器的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 偶的劣化因其自身情況不同而異，主要原因是：一方面熱電偶材料本身長期在高溫作用下發(fā)生變質(zhì)；另一方面測溫環(huán)境各種氣氛對熱電偶的作用使熱電極發(fā)生質(zhì)變。如果采用模糊推理的方法實現(xiàn) PID 參數(shù)： IT、 D的在線自適應(yīng)，不僅保持了常規(guī) PID 控制的特點，而且具有更大的靈活性、適應(yīng)性和精確性等優(yōu)點，是目前一種較為先進(jìn)的控制算法。在常規(guī) PID 的應(yīng)用中，P、I、D 三個參數(shù)往往根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備情況或調(diào)試經(jīng)驗人工設(shè)定的，通過調(diào)試實驗改變參數(shù)以改變控制性能。智能控制的研究對象具有以下幾個特點：一、模型的不確定性。系統(tǒng)能對一個過程或未知環(huán)境所提供的信息進(jìn)行識別、記憶、學(xué)習(xí)并利用積累的經(jīng)驗進(jìn)一步改善系統(tǒng)的性能。專家系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有兩個基本要素：一、知識庫——存儲有某個專門領(lǐng)域中經(jīng)過事先總結(jié)的按某種格式表示的專家水平的知識條目。在專家控制系統(tǒng)的規(guī)則庫中含有產(chǎn)生式規(guī)則，包括專家的知識和經(jīng)驗，而把知識和經(jīng)驗表達(dá)成規(guī)則并非易事，規(guī)則的補充、完善更是困難，因為這不是一種單向的簡單的知識堆砌過程，而是一個復(fù)雜的整理過程，這也是專家控制系統(tǒng)實際應(yīng)用中的難點。專家控制系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、推理機、人機接口及規(guī)劃環(huán)節(jié)五個部分組成，控制系統(tǒng)具有下述特點：一、高可靠性及長期運行的連續(xù)性。對于復(fù)雜任務(wù)和分散的傳感信息具有自組織和協(xié)調(diào)功能，使系統(tǒng)具有主動性和靈活性。三、復(fù)雜的任務(wù)要求。智能控制。傳統(tǒng)的控制技術(shù)是基于被控對象的精確數(shù)學(xué)模型的控制方式，采用固定的控制算法，控制系統(tǒng)由于依賴于數(shù)學(xué)模型而缺乏靈活性和應(yīng)變能力。控制器的控制規(guī)律，即為控制器的 PID 算式。所謂熱電偶的劣化，即熱電偶經(jīng)使用后，出現(xiàn)老化變質(zhì)的現(xiàn)象。對于氣體介質(zhì)，尤其是靜止氣體，至少應(yīng)保持 30min 以上才能達(dá)到平衡；對于液體而言，最快也要在 5mi n 以上。見下表：表 高溫高壓蒸汽管道和一般流體介質(zhì)管道的插入深度一覽表高溫高壓蒸汽管道 一般流體介質(zhì)管道公稱通徑或管道外徑≤250mm ＞250mm ≤500mm ＞500mm插入深度 70mm 100mm 管道外徑的 300mm從表可以看出，對高溫高壓蒸汽管道的公稱通徑小于等于 250mm 時，插入深度宜為內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）2170mm。同時充分利用虛擬儀器發(fā)展的最新成果，將許多以前用硬件或人工計算所做的工作通過軟件來實現(xiàn)，大大提高了檢測效率，節(jié)約了成本，可以彌補傳統(tǒng)測試的許多弊端，必將是測控技術(shù)發(fā)展的個方向。集成溫度傳感器 AD590 測量實時環(huán)境溫度實現(xiàn)冷端補償，AD590 是由美國模擬器件公司(AD)生產(chǎn)的恒流源式模擬集成溫度傳感器，它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點，測量誤差小、體積小、微功耗，適合遠(yuǎn)距離測溫，不需要進(jìn)行非線性校正。傳統(tǒng)的冷端及非線性補償方法主要有以下兩種：一是基于硬件的補償，但補償電路復(fù)雜，成本較高，精度不夠；二是基于軟件的補償，通過微機進(jìn)行擬合或插值實現(xiàn)修正，普通的軟件補償對工作人員編程能力要求較高，計算量大，實時性不是很好。根據(jù)國際電工委員會(IEC)推薦的八種類型標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，以及本設(shè)計要求，測控對象( 電阻爐 )的溫度變化范圍為 200 到 800℃，選用 K 型熱電偶(鎳鉻一鎳硅熱電偶)作為檢測元件，其測溫范圍一般在200 到 1200℃，具有高溫下抗氧化，抗腐蝕，穩(wěn)定性好等特點。表 標(biāo)準(zhǔn)熱電偶熱電偶名稱 IEC分度號使用范圍 使用溫度范圍（℃）0—110011001600鉑銠 10鉑 S 用于氧化中氣氛測溫，長時間最高使用溫度 1300 攝氏度，短期最高使用溫度1600℃，不推薦在還原氣氛中使用，但短期內(nèi)可以用于真空測溫 0—60060016006001700鉑銠 30鉑銠 6 B 用于氧化氣氛中測溫，長期使用最高溫度為 1600℃，短期最高使用溫度為1800℃，特點是穩(wěn)定性好，測溫溫度高，自由端在 0 到 100℃內(nèi)可以不用補償導(dǎo)線，不推薦在還原氣氛中使用。 溫度傳感器的選用熱電偶的工作原理：把兩種不同材料導(dǎo)體的一端連接在一起，當(dāng)連接點的溫度和導(dǎo)體另一端的溫度不同時，由于電子熱運動的差異，會在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生熱電勢塞貝克效應(yīng)， 其值與被測溫度有確定的關(guān)系，熱電偶就是把這種溫度差量轉(zhuǎn)化成電勢量的溫度傳感器。模型檢驗是過程辨識不可缺少的步驟，它與模型的結(jié)構(gòu)、階次的選擇密切相關(guān)。要實現(xiàn)虛擬儀器在網(wǎng)絡(luò)平臺上的應(yīng)用最關(guān)鍵的問題是：如何充分考慮到虛擬儀器測量的數(shù)據(jù)量大、實時性強等特點，有效地將采集到的信號轉(zhuǎn)化為適合于在以太網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號，從而實現(xiàn)在應(yīng)用程序間共享現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)。目前，NI 提供了多種軟硬件產(chǎn)品，應(yīng)用遍布電子、機械、通信、汽車制造、生物、醫(yī)藥、化工、科研、教育等各個行業(yè)領(lǐng)域。采用虛擬儀器技術(shù)，將過去的儀器中許多靠硬件來完成實現(xiàn)的功能用軟件來代替，利用商品化的數(shù)據(jù)采集和 PC 技術(shù)，完全可以開發(fā)出各行各業(yè)急需的各種測量儀器，縮短我國與世界先進(jìn)國家在儀器領(lǐng)域的差距。另一方面，采用虛擬儀器技術(shù)，根據(jù)實際工藝流程和控制要求，將分布在企業(yè)不同位置的各種測量儀表和控制裝置連接成為一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過計算機實施集中控制和管理，可以改變采用傳統(tǒng)單元儀表分散時工作成本高，維護(hù)困難，資源配置重復(fù)等缺點，提高工業(yè)自動化改造的經(jīng)濟(jì)效益，降低管理成本。從總體上而言，虛擬儀器是測量測試領(lǐng)域的一個創(chuàng)新概念，改變了人們對儀器的傳統(tǒng)觀念，適應(yīng)了現(xiàn)代測試技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展趨勢。這些技術(shù)上的進(jìn)步，再加上操作系統(tǒng)功能和計算機體系結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展，己經(jīng)使得個人電腦具有并行處理的能力，從而可以成為更加先進(jìn)的儀器和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序的平臺。表 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器開發(fā)和維護(hù)費用低 開發(fā)和維護(hù)開銷大技術(shù)更新時間短（12 年） 技術(shù)更新周期長（510 年）軟件是關(guān)鍵，系統(tǒng)性能升級方便，通過網(wǎng)絡(luò)下載升級程序即可硬件是關(guān)鍵，升級成本高價格低廉，儀器資源可重復(fù)利用率高 價格較昂貴，儀器資源重復(fù)利用率低用戶可自定義儀器功能，并且可以根據(jù)實際情況更改只有廠商能定義儀器功能，一旦定義好以后就難以更改可通過網(wǎng)絡(luò)連接其他儀器，實現(xiàn)資源共 功能一般比較單一，只能連接有限的獨立內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）10享或協(xié)同工作 設(shè)備開放性好、比較靈活，可與計算機技術(shù)保持步發(fā)展開放性差，利用新技術(shù)為自己服務(wù)的速率低從表可以看出與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有絕對的優(yōu)勢。流程圖包括虛擬儀器程序的圖形化源代碼。此外，LabVIEW 還可以生成在沒有 LabviEw 編程環(huán)境的目標(biāo)機器上運行可執(zhí)行的代碼。即使沒有多少編程經(jīng)驗，仍可以方便的使用 LabVIEW，因為它使用“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機界面，提供大量的儀器面板中的控制對象。它把復(fù)雜的語言編程簡化成用圖形編程的方式，為編程的調(diào)試提供了簡單方便的環(huán)境，同時集成了大量的生成圖形界面的模塊，豐富的數(shù)值分析與處理功能。(2)虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺。①PC 一 DAQ 系統(tǒng)：是以數(shù)據(jù)采集板、信號調(diào)理電路和計算機為儀器硬件平臺組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。 虛擬儀器的組成虛擬儀器(VI)一般由通用計算機 (PC 機)、數(shù)據(jù)采集卡及軟件系統(tǒng)組成。傳統(tǒng)儀器的某些硬件在虛擬儀器中被軟件代替，由于減少了許多隨時間可能漂移、需要定期校準(zhǔn)的分立式模擬硬件，加上標(biāo)準(zhǔn)總線的使用，使儀器的測量精度、測量速度和可重復(fù)性都大大提高。用戶不必要編寫測試文本程序，即可進(jìn)行測試、測量，實現(xiàn)了測試和自動化、智能化，體現(xiàn)了“軟件就是儀器” 。 “軟件就是儀器”是虛擬儀器概念最簡單，也是最本質(zhì)的表述。模糊控制雖然能夠適用于無法精確建模的物理對象，但要獲得好的控制效果需要有系統(tǒng)的先驗知識和完整合理的模糊規(guī)則，這導(dǎo)致其應(yīng)用受到了很大局限。本文主要進(jìn)行了以下幾方面的工作：(1)論述了電阻爐溫度控制系統(tǒng)的課題目的、意義，溫度控制系統(tǒng)系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展概況及本論文的主要內(nèi)容并對電阻爐溫度控制特點進(jìn)行了簡要分析。由于我國改革開放的發(fā)展，國內(nèi)引進(jìn)和生產(chǎn)了少量的比較先進(jìn)的控制設(shè)備，但是，整體上，我國的電阻爐控制系統(tǒng)比國外發(fā)達(dá)國家要落后四、五十年，占主導(dǎo)地位的是模擬儀表控制，這種系統(tǒng)的控制參數(shù)由人工選擇，需要配置專門的儀表調(diào)試人員，費時、費力且不準(zhǔn)確。小型爐（＜10 千瓦）單相供電，大型爐三相供電。在直接加熱電阻爐中，電流直接通過物料，因電熱功率集中在物料本身，所以物料加熱很快，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）2適用于要求快速加熱的工藝，例如鍛造坯料的加熱。其次，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生變化而影響到控溫精度時，要有合適的手段進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到精度要求。 selftuning內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）III目錄摘要 .............................................................................................................................................IAbstract ......................................................................................................................................II第一章 引言 ...............................................................................................................................1 本課題的背景及意義 ......................................................................................................1 論文研究的主要內(nèi)容 .......................................................................................................3 文研究的重點和難點 .......................................................................................................3第二章 虛擬儀器及應(yīng)用簡介 ...................................................................................................4 虛擬儀器的概念 ...............................................................................................................4 虛擬儀器的特點 ...............................................................................................................5 虛擬儀器的組成 ...............................................................................................................5 虛擬儀器的開發(fā)平臺—LabVIEW ..................................................................................6 LabVIEW 的程序構(gòu)成 .....................................................................................................7 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 ...........................................................................................8 虛擬儀器的應(yīng)用 ...............................................................................................................9第三章 溫度傳感器的分類及溫度信號的檢測 ...................................................................12 爐溫度特性及其對象建模 .............................................................................................12 溫度傳感器的選用 ........................................................................................................14 爐熱電偶測溫 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