闭环温度控制器课程设计-正文
闭环温度控制
摘要本文介绍了一种小型温度测量与控制系统——闭环温度控制系统。
该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的设定，也可以通过计算机与单片机的串行通讯，实现工业过程中的交互式PID控制。
目录一、课题背景 (3)二、需求分析 (3)三、方案论证 (3)(一)稳压电源方案选择 (3)(二)变送器方案选择 (4)四、电路设计 (5)(一)直流稳压电源部分1.工作原理 (5)2. Protel99 SE 自主绘制电路原理图 (6)3.所需元件 (7)4.芯片介绍 (8)(二)变送器部分1.工作原理 (9)2.所需元件 (11)3.芯片介绍 (11)4.参数计算 (13)五、电路调试 (13)六、故障分析 (17)七、结果与收获 (18)八、致谢 (19)九、参考文献 (20)一、课题背景第一阶段我们主要解决闭环温度控制系统的直流稳压电源和变送器这两部分。
要求在工业生产中降低成本，降低材料、能源消耗，提高产品质量和生产效率。
二、需求分析稳压电源和变送器的功能和指标如下:1.温度测量范围: 0℃～+100℃2.温度测量误差: 不大于±2℃(在次要求下尽量提高指标)3.变送器输出电压: 0～5V4.测量误差: 满刻度1%（0.05V或1℃）5.要求线性规律控制电压—温度6.保证电路性能稳定可靠,具有一定的抗干扰能力7.注意各电路之间的可靠配合与保护问题(过流、断路、过热保护)三、方案论证（一）稳压电源方案选择要求输入9 V和14 V的交流电压,输出＋5 V和±12 V的直流电压。
有两种设计方案，分别是集成线性稳压电路和集成开关稳压电路。
对于集成线性稳压电路,其纹波、噪声小,效率低,有过流和短路保护, 实现电路相对简单,成本低。
而集成开关稳压电路,虽然效率高,但是纹波、噪声大,实现电路相对复杂,成本较高。
交流供电电压低，输出功率较小。
从实现电路简单，低成本的角度考虑应选择集成线性稳压电路的设计方案。
基于PLC的PID温度闭环控制器设计
本科毕业论文论文题目：基于PLC的PID温度闭环控制器设计*名：***学号：**********院（系、部）：物理与电子工程学院专业：自动化班级： 3指导教师：胡红林完成时间： 2014 年 2 月摘要随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。
其中，温度是一个非常重要的过程变量。
例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域。
这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而PLC在这方面却是公认的最佳选择。
随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的，通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。
因此，PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。
这也正是本课题所重点研究的内容。
本设计是利用西门子S7-200PLC来控制温度系统。
首先研究了温度的PID调节控制，提出了PID的模糊自整定的设计方案，结合MCGS监控软件控制得以实现控制温度目的关键词：PLC；PID；闭环系统；温度控制AbstractWith modern industrial development, in the industrial production, temperature, pressure, flow and level are the four most common process variables. Among them, the temperature is a very important process variables. For example: in metallurgical industry, chemical industry, power industry, machinery and food processing and many other fields, This application is mostly based on MCU PID control, however, SCM control system hardware and software design of DDC is relatively complex, especially relates to the logic control more than its strengths, however PLC in this regard is recognized as the best choice.With the PLC function expansion in many PLC controllers are expanded PID control function, so the logic control and PID control in hybrid applications using PLC control is more reasonable, by using PLC to control them not only has the convenient control, simple and flexibility, and can greatly improve the measured the temperature of the technical indicators, which can greatly improve the quality and quantity of the products. Therefore, the PLC of the temperature control is a problem in industrial production often encountered control problems. This is the subject of the key research content.This paper discusses the working principle of control system of electric boiler, temperature transmitter selection, PLC configuration, configuration software design and so on several aspects.This design is the use of Siemens S7-200 PLC to control temperature system. First studied the temperature PID control, puts forward the design scheme of the fuzzy self-tuning PID, combined with the MCGS monitor software control temperature control are realized. Keywords: PLC; PID; closed-loop system; temperature-control目录前言 (1)1 PLC控制系统的硬件组成 (1)1.1可编程序控制器的概述 (1)1.2可编程控制器的基本结构和工作原理 (2)1.3可编程控制器的分类及特点 (3)2 PLC控制系统的硬件设计 (4)2.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (4)2.1.1PLC控制系统设计的基本原则 (4)2.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤 (4)2.1.3 PLC程序设计的一般步骤 (5)2.2PLC的选型和硬件配置 (6)2.2.1 S7-200PLC选型 (6)2.2.2温度传感器 (7)2.2.3 EM235 模拟量输入/输出模块 (7)3控制算法设计 (8)3.1P-I-D控制 (8)3.2PID回路指令 (10)3.2.1 PID算法 (10)3.2.2 PID回路指令 (13)3.2.3 回路输入输出变量的数值转换 (14)3.2.4 PID参数整定 (15)4程序设计 (16)4.1程序流程图 (16)4.2梯形图 (17)5 调试 (21)5.1 程序调试 (21)5.2 硬件调试 (21)结论 (22)参考文献 (23)谢辞 (23)前 言温度控制的应用领域是非常广泛的，大到工业生产、航空航天，小到我们的生活。
计算机控制技术课程设计汇本报告温度闭环控制系统
计算机控制技术课程设计题目：温度闭环控制系统院（系）：计算机科学与工程学院专业：班级：学生：学号：指导教师：2016年1月7日闭环温度控制系统摘要随着近年来中国工业的迅速发展，PID控制理论在工业自动化控制中的应用越来越广泛。
工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。
PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。
不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须合理选择相应的控制规律，否则PID控制器将达不到预期的控制效果。
PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元P、积分单元I 和微分单元D 组成。
通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。
PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。
本次课程设计就是对温度的闭环模拟控制，符合PID控制的要求。
在PID的发展过程衍生了许多改进算法，他们在工业控制中解决了超过90%多的问题，他们是我们学习控制理论的过程中的的必学知识。
关键字：PID算法控制理论工业自动化控制一、控制对象：系统温度二、控制要求分析：设定目标温度，使温度呈单位阶跃形式在目标温度处趋于震荡稳定。
使系统能够在任意设定的目标温度下，从现有温度达到目标温度，并趋于稳定状态。
三、可行性分析:参考国外的技术资料，可以通过计算机仿真技术实现该模拟温度闭环控制系统；利用C语言实现基于PID算法的模拟温度闭环控制系统。
四、总体设计：1. 系统框图如下所示：其中输入为r(t),输出为y(t)。
模拟PID控制原理：在模拟系统中PID算法的表达式为：式中，P(t)为调节器输出信号，e(t)为调节器偏差信号，它等于测量值与给定值之差；Kp为调节器的比例系数，1/T1为调节器的积分时间，Td为调节器的微分时间。
在计算机控制系统中，必须对上式进行离散化使其成为数字式的差分方程。
温度闭环控制系统
自动控制理论温度闭环控制【实践目的及要求】【实践目的】1.在实验基础上，控制实际的模拟对象，加深对理论的理解；2.掌握闭环控制系统的参数调节对系统动态性能的影响；⒊设计一个直流电机转速的控制系统，使它达到相应的设计要求。
【设计要求】设计要求：1.使温度对应的变送电压在0V到10V可调。
2.稳态时无静态速度误差。
3.具有一定的抗扰动能力。
在做这个实验时，先在ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术实验板上找到相应的单元。
连电路时，先把给定电压调到最低，然后才开始连接电路。
先是一个比例器，然后是一个比例积分器，在比例积分器后接加温室的输入，把加热室的输出接一个反相器，然后在接到给定电压的输入端，构成一个负反馈。
实验的接线图如图2所示，除了实际的温度变送器、脉宽调制器和电压表外，其它的模拟电路是由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术实验板上的运放单元、近似调节器和反相器组成。
具体参数如下：R 0=R1=R2=100KΩ，R3=100KΩ，R4=1MΩ，R5=100KΩ，C1=1μF，Rf/Ri=1。
【实践原理】温度控制系统框图如下图1所示，由给定、近似调节器、脉宽调制电路、加温室、温度变送器和输出电压反馈等部分组成。
在参数给定的情况下，经过运算产生相应的控制量，使加温室里的温度稳定在给定值。
给定Ug由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术的实验面板上的电源单元U1提供，电压变化范围为1.3V～15V。
但是在做这个实验前，要先测出室温对加温室的影响。
就是在给定电压为0的时候，看加热室反馈回来的电压是多少。
然后在连接好的电路上，所加的电压一定要大于这个电压，不然，所做的试验就没有效果。
所以，理论上电压是可以从0～15V开始调整，但是，最低电压也要大于室温给加温室的反馈电压。
调节器的输出作为脉宽调制的输入信号，经脉宽调制电路产生占空比可调0～100％的脉冲信号，作为对加温室里电热丝的加热信号。
温度测量采用Cu50热敏电阻，经温度变送器转换成电压反馈量，温度输入范围为0～200℃,温度变送器的输出电压范围为DC0～10V。
闭环温度控制器设计
辽宁工程技术大学课程设计1．方案设计与分析为了将温度的变化和电路中电压的变化联系在一起，故在电阻电桥中添加一个感温元件热敏电阻Rt，由此热敏电阻接受温度的变化，从而转化为向后传输的电压的变化。
电压跟随器U1，U2和运算放大器U3构成闭环放大电路，由此放大电路放大的电压传输给后面的U3滞回比较器，由U3比较出电压的变换量，从而控制加热系统是否进行加热，即使灯泡发光或熄灭。
李晓艺：闭环温度控制器的设计2．电路设计框图及功能说明该电路初始时候设定一个温度值，即为那时候的电压电流值为初设值，将此时候的电流值传输给电压测量放大器，经放大器对电压的放大将电流传输给滞回比较器，在一定范围内滞回比较器输出的电压值是不会变化的，而当输入的电压的变化范围确实是很大时候就会导致滞回比较器的输出电压发生变化，滞回比较器输出的电压传输给隔离驱动电路，在电流流过隔离驱动电路时候，从而使电路中的发热元件发热，是温度升高。
升高的温度会由热敏电阻接受，从而由温度传感器传输给设定值的电压比较器，有电压比较器作出决定，减少电压的输入量，是发热源减少发热，从而使温度下降下来。
反之，当发热源发热不足时候温度传感器传输给设定值处的电压比较器的电压值变小，从而导致输入电压量变大，从而加大加热源的加热功能。
使温度处于一定得范围内，从而达到对温度的控制功能。
图1闭环温度控制框图辽宁工程技术大学电子技术课程设计2.1 电阻电桥电路图2电阻电桥电路图如上电阻电桥电路是由不同的阻值的电阻和热敏电阻Rt组成，通过改变不同Rp的不同阻值，在电桥电路的输出端就会得到不同的输出电压，当设定好阻值后，当温度发生变化时候，热敏电阻Rt就会有很大的变化，从而导致电桥输出端输出电压发生很大的变化，从而影响后面的电路效果。
在如上电桥电路中，电桥平衡的条件为：R1*Rt=(Rp+R2)*R3电桥平衡时U1=U2李晓艺：闭环温度控制器的设计2.1.1关于热敏电阻热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化,若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为μn、μp，则半导体的电导为：σ=q（nμn+pμp）因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线．这就是半导体热敏电阻的工作原理．热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）。
温度控制器课程设计书
目录1 前言 (1)2 总体方案 (2)3 单元模块设计 (3)3.1 DS18B20温度检测电路 (3)3.2单片机电路 (4)3.3显示电路 (5)3.4报警电路 (5)3.5 DS18B20温度传感器简介 (6)3.5.1 温度的采集和转换 (6)3.5.2 DS18B20的工作原理 (7)4 软件设计 (10)4.1 系统调试读出温度子程序 (11)4.1 系统调试写入子程序 (12)5 系统调试 (13)6 总结与体会 (14)7参考文献 (15)附录：设计程序 (16)1 前言社会在发展，科技在进步，测温仪器在各个领域的应用，各种温度控制系统迅速发展。
近年来，温度控制系统已广泛应用各个方面，然而温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。
针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。
温度是一个重要的物理量，它反映了物体的冷热程度，与自然界中的各种物理与化学过程相联系，再生产过程中，各个环节都与温度有紧密联系，因此人们非常重视温度的测量。
温度概念的产生及温度的测量都是以热平衡为基础，当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热,换热，换热结束后两物体处于平衡状态，因此他们具有最本质的性质。
温度控制系统对温度进行检测和控制，任何工厂在生产过程中如果没有合适的温度环境，很多的器件甚至是电子设备都不能正常的工作，从而多生产的产品质量有很大的影响，所以各行各业对温度的要求的愈来愈高，所以，温度控制系统的作用非常重要。
温度控制系统的控制系统是温度，在我们日常生活中，温度控制使非常重要的，在温室、水池、电源等场所不能对温度有效的控制，则会出现很多事故，所以为了避免此类事故的发生，温度控制应当受到重视。
本设计不仅实现了对温度的检测，还实现了温度控制、显示功能，当温度大于设定的温度时，报警器报警；当温度小于设定的值时，报警器不报警，从而实现对温度的控制，并且还可以实现按键复位功能。
温度闭环控制实验
实验六温度闭环控制实验6.1 实验目的1．了解温度的闭环控制方法。
2．掌握PID 控制算法及参数整定。
6.2 实验内容1．绘制输出的飞升曲线，即断开数字调节器，使系统工作在手动状态下。
在输入端加一幅度适宜的阶跃控制信号，记录输出端的变化。
在坐标纸上绘制温度曲线，作切线，求得被控对象滞后时间θ及惯性时间常数T。
进而求出控制器的参数T、Kp、T I和T D。
2．用8255 的B 口作为控制信号，通过对A / D 转换结果反馈量的运算，调节控制信号，达到控制温度保持在一定范围内的作用。
并在屏幕上显示给定和当前温度值。
在坐标纸上绘制闭环控制温度曲线，并求出超调量、调节时间和稳态误差。
6.3 实验原理本实验要求使用8255的PB0脉冲信号作为温控单元的控制量。
温度的变化由热敏电阻转化为电压的变化，再通过ADC0809转化为数字量，CPU从总线上读到数据，通过查询给定的温度表即得到当前温度值。
并由PC机内部定时器0号通道，设置为输出10ms方波，作为PWM基准时间和采样计数时钟。
温控单元中由7805芯片产生+5V的稳定电压和一个24欧的大功率电阻构成回路，回路电流较大使7805芯片发热产生热源。
实验电路中采用的是NTCMF58-103型10K热敏电阻。
热敏电阻的电阻值随看温度的变化而变化，使得与AD 端子连接的IN7的电压在5V内变化。
在参考程序中给出了一个经验温度数据表。
测出的AD 值是该数据表的相对偏移，利用这个值就可以找到相应的温度值。
例如测出的AD 值为5AH ( 90 ) ，在数据表中第90 个数为64H , 即就得出了温度值：100 ℃。
6.4 实验参考线路图。
温度闭环控制电路设计解析
大连民族大学温度闭环控制设计电路仿真专业：通信工程学生姓名：熊和艳指导教师：吴宝春老师完成时间：2020年9月24日一、设计内容1.通过运算差分放大电路将温度传感器的阻值变化转化为电压信号的变化放大。
2.利用A/D转换实现魔力信号到数字信号的转换，根据模拟电路部分电路原理计算得出最后电压与温度值的关系，并通过数码管显示温度的值，实现温度的测量。
3.并利用比较器来实现对温度的控制，通过设定温度上下限可使整个系统工作于一个限定的温度范围内。
4.报警设置，当被测温度超出温度范围时，进行相应的报警设。
5.学会系统仿真、测量和测试。
二、方案实现及设计思路1.当温度小于等于20℃时，系统自动加热。
2.当水温高于或等于50℃时，系统停止加热。
3.并用数码管显示温度情况，水温测量用热敏电阻，加热、停止加热用不同的发光二极管。
4.系统流程图：电路仿真及调试方案设计电路设计器件设计机构设计方案设计：按照要求，将电路划分为若干模块，从而将一个大的系统划分为小的单元电路，并分配各单元模块要完成的任务，确定各模块间输入输出关系，最后决定各单元电路的组成方式。
电路设计：电路设计是按功能模块确定的单元电路设计。
在该部分中，要详细拟定单元电路组成，性能指标及前后电路关系，明确采用的算法，理清思路。
器件设计：是在单元电路的结构确定后，根据单元电路的功能，确定具体器件型号及计算相应的系数，计算量较大。
主要分为①阻容原件的设计；②分立元件的选择；③模拟集成电路的相关计算。
电路仿真测试：使用Proteus 软件仿真，争取实现各单元的具体功能。
三、设计方法及步骤 1.系统框图⑴信号调理模块由于被测是温度，由设计要求，温度检测用热敏电阻。
而热敏电阻将温度转化成电阻值的变化，故在系统中由信号调理电路作用是将温度的变化这样一个非电量转化成电信号，然后加以放大。
以便后一温度显示 检测对象信号调理 水温检测 加热、停止、状态显示加热、停止检测单元检测。
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辽宁工程技术大学电子技术课程设计
综述
闭环控制电路（close-loop control circuit）的特点是被控制量会反馈回来影响控制器的输出，从而形成闭环。
闭环控制电路有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统输入信号同相，则为正反馈，若反馈信号与系统输入信号反相，则为负反馈。
一般闭环控制电路都采用负反馈。
温度是我们生活中非常重要的一个物理量，它在日常生活中的应用很广，如空调，冰箱，电热水器等等，对它的测量和控制更有着十分重要的意义。
用闭环控制电路实现对温度的测量和控制，其核心元件是比较器。
在众多比较器中，本设计选用了具有滞回特性、抗干扰能力较好的滞回比较器。
通过查阅资料，设计出了一个包括加热电路、滞回比较器、放大器和电桥电阻的闭环温度控制电路。
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