1. 溫控系統(tǒng)現(xiàn)狀
    隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,要求儀表具備較強的遠距離通信的功能，智能儀表逐漸向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中，溫度控制是各種工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要因素。尤其是在鋼鐵、食品、化工、冶煉等行業(yè)的生產(chǎn)過程中，更加需要嚴密的溫度控制系統(tǒng)。而且在這樣的系統(tǒng)中通常是需要監(jiān)測和控制多個溫度參數(shù)并且需要將數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)娇刂平K端。
    在多功能單項表校驗儀扼制系統(tǒng)預(yù)設(shè)，通常有以下的不足和缺陷:系統(tǒng)**度不夠，只能檢測單個溫度參數(shù);溫度控制儀表中檢測使用電壓較低，不能直接應(yīng)用于控制的對象系統(tǒng)。
    基于以上的考慮，在設(shè)計系統(tǒng)的過程中增加了相應(yīng)的功能，以便提高系統(tǒng)對整體效率和性能。系統(tǒng)采用AT89S52為核心控制器，利用A\D轉(zhuǎn)換器和模糊智能算法實現(xiàn)四路溫度監(jiān)測和控制功能，并能通過遠程通信傳輸?shù)娇刂平K端。
    2. 系統(tǒng)設(shè)計
    系統(tǒng)主要組成模塊:AT89S52單片機、CPLD,信號輸入、信號輸出以及串口通信。
    單片機電路:采集鍵盤的輸入信號、串行端口的傳輸信號、液品屏幕的顯示信號、過零檢測信號處理。
    CPLD模塊:產(chǎn)生PWM控制信號，利用PWM輸出的控制信號來控制加熱器件的工作狀態(tài)。
    功率控制電路模塊:采用可控硅輸出光禍的耦合形式，利用關(guān)斷與導(dǎo)通的時間比值作為參數(shù)調(diào)節(jié)器件的功率。芯片采用MOC3081，是零觸發(fā)雙向叫控硅模式芯片。這種設(shè)計方式叫以減少后續(xù)功能器件對前端器件模塊穩(wěn)定性的影響。
    智能模糊算法:設(shè)定溫度值，將監(jiān)測到的溫度數(shù)值與之比較，進而得到控制量參數(shù)數(shù)值。通過對監(jiān)測儀表內(nèi)的單片機編制PID算法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)量的輸出。輸出的數(shù)據(jù)量在CPLD內(nèi)產(chǎn)生定時器數(shù)據(jù)，利用占空比方波，控制叫控硅導(dǎo)通與否，進而控制發(fā)熱器件。在這個過程中，采用了四路定時器方式，叫以控制四路通道，實現(xiàn)多通道檢測的目的。
    3. 層狀結(jié)構(gòu)
    隨著多功能單項表校驗儀扼制系統(tǒng)預(yù)設(shè)，在信號采集過程中，要求不僅能采集所需的工作過程測量的信息，同時也要采集設(shè)備自身的管理信息、錯誤診斷信息等附加信息。這就要求在進行系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮各種信息采集的要求，綜合各項技術(shù)指標，合理利用資源，設(shè)計出完善的功能系統(tǒng)。
    主要包括設(shè)備層和控制層。
    設(shè)備層:通過分析實際設(shè)備的工作特性和控制參數(shù)要求確定控制模式，將分析的控制過程和設(shè)備特性的詳細信息建立實際模型，根據(jù)設(shè)計的模型模塊要求設(shè)計系統(tǒng)需求方案，將方案保存，以合理配置智能儀器儀表。
    現(xiàn)場控制層:主要包括單片機控制器、CPLD,串口通信模塊、傳感器模塊、溫控調(diào)節(jié)執(zhí)行器等功能模塊。通過合理選擇配置相應(yīng)功能模塊的芯片，連接被控器件和上位機。向上連接優(yōu)化控制層的PC，發(fā)送控制數(shù)據(jù)信息;向下連接被控器件，如加熱其間模塊，控制其進行溫度調(diào)節(jié)。
    對于采集到的各節(jié)點設(shè)備狀態(tài)、信號參數(shù)采用數(shù)字信號進行處理和傳輸，一方面提高其**度，減少干擾;另一方面可以在條總線上傳輸多路數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)多功能控制，降低控制成本。選用合適的芯片降低外圍電路的復(fù)雜度，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少信號噪聲干擾。
    按照設(shè)計流程，分別考慮溫控過程和中的各項叫能影響因素，采用分層設(shè)計的方法，采用AT89S52, MOC3081和MAX7000系列芯片，利用PWM脈沖方式實現(xiàn)溫度檢測和調(diào)節(jié)控制。實現(xiàn)傳感器和主控機的連接，能夠較穩(wěn)定地控制溫度平衡，提高了系統(tǒng)反應(yīng)速度和穩(wěn)定性。
    4.   PID功能模塊
    在多功能單項表校驗儀扼制系統(tǒng)預(yù)設(shè)，雖然普通PID系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)穩(wěn)定、**性能好，但由于其響應(yīng)緩慢,響應(yīng)時間過長和響應(yīng)滯后的原因可能會出現(xiàn)調(diào)節(jié)時間過長甚至調(diào)節(jié)過量的情況，這樣的情況不僅不能達到生產(chǎn)要求的穩(wěn)定溫度環(huán)境，甚至還會破壞的原本穩(wěn)定的溫度狀態(tài)，進而對整個生產(chǎn)過程造成影響。
   對于這樣的問題的存在，在設(shè)計系統(tǒng)時采用如下解決方案，即將溫度控制分為兩個過程，分別是溫度不穩(wěn)定范圍變化較大的狀態(tài)、溫度穩(wěn)定變化范圍較小的狀態(tài)。在溫度變化較大時采用模糊控制的方式進行控制;在溫度變化穩(wěn)定時采用PID控制。實際測量結(jié)果表明，通過將PID模塊控制和智能模糊控制結(jié)介的形式達到了很好的溫度監(jiān)測和控制效果，使溫度波動限制在1%以內(nèi)。
    系統(tǒng)采用L.A.Zadh的智能模糊算法，采用雙輸入-單輸出的模型，輸入分別為溫度偏差和溫度偏差變化率，輸出為控制叫控硅的參數(shù)直接控制叫控硅。具體的做法是:通過設(shè)定控制系統(tǒng)的兩個參數(shù):輸入溫度偏差和溫度偏差變化率，依據(jù)這兩個參數(shù)求出其隸屬度;按照控制規(guī)則狀態(tài)計算出相對應(yīng)的加熱元器件控制規(guī)則，確定溫度偏差和溫度偏差變化率的*低范圍;通過輸出控制量的模糊變量求出控制量的模糊控制集;在此基礎(chǔ)上，通過重心法則，進行模糊判決，得出控制量;按照得到的控制量表格來做出控制規(guī)則表。整個過程就是通過模糊算法來實現(xiàn)控制溫度元件工作的過程。
    在整個過程中，模糊控制法發(fā)揮著重要的作用，不僅叫以加快響應(yīng)速度，而且對系統(tǒng)對超調(diào)具有相當程度的抑制作用。
    5 . CPLD功能
   由于多功能單項表校驗儀扼制系統(tǒng)預(yù)設(shè)，需要的響應(yīng)速度較快，為了避免單片機工作負荷過大的情況，在本系統(tǒng)的設(shè)計中，使用了單片機和CPLD聯(lián)合工作的方式，采用MAX7000系列的核心控制芯片。該芯片集成有D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，相比較而言集成度高，封閉性好。與外置外圍電路相比較，具有抗干擾能力強的特點。
    PWM波形的產(chǎn)生采用計數(shù)器法實現(xiàn)。
    高頻時鐘信號CLK經(jīng)脈沖序列發(fā)生器產(chǎn)生2nd個互差半個周期且頻率均為2nd .fpwm的脈沖信號，這樣可以使得PWM在一個輸出周期內(nèi)有2nd.2nc （即2n）個塊，通過nc位計數(shù)器利用Q 2nd-1得到cnt [nc-I:o]。進行cnt與nc 的比較，若相等輸出高電平，若不相等輸出低電平，實現(xiàn)對復(fù)位信號Rcsct的控制;與此同時，cnt與地端(nc個低電平)進行比較，若相等產(chǎn)生高電平，如不相等不相等則產(chǎn)生低電平 ,實現(xiàn)對置位信號Set的控制。
    通過這樣的控制方式，一個開關(guān)周期內(nèi):在起始時刻，觸發(fā)器RS置位，PWM信號輸出為‘1'，在高位部分nc信號與計數(shù)器輸出端輸出。nt信號相等時，系統(tǒng)由根據(jù)nd設(shè)定的十進制選擇的脈沖信號出現(xiàn)高電平時，觸發(fā)器復(fù)位，PWM輸出電平由高轉(zhuǎn)為低，即‘1’變?yōu)?lsquo;0'，這樣就完成了脈沖序列的脈寬調(diào)制。整個過程中，只需要對參數(shù)nd進行更改，便可以產(chǎn)生出適合具體系統(tǒng)需要的脈沖信號寬度。
    6. 應(yīng)用程序
     在實際的系統(tǒng)工作過程中，對溫度信號進行采集和分析*終的目的是調(diào)節(jié)控制對象的功率。調(diào)節(jié)方式叫以采用兩種:對電壓進行調(diào)節(jié);對功率進行調(diào)節(jié)。
    而功率的調(diào)劑是依靠調(diào)節(jié)控制對象的交流電壓來實現(xiàn)。故而在溫度調(diào)節(jié)就是對控制對象的交流電壓進行調(diào)節(jié)。交流調(diào)壓是指頻率不變，對交流電壓幅值做變換。相對于交流調(diào)功的方式而言，負載的交流電壓有效值平穩(wěn)，對溫度穩(wěn)定比較有利。交流電頻率基本為5OHz，在進行交流調(diào)壓的過程中，需要利用交流過零信號，正弦波的交流電在一個周期內(nèi)有兩個過零時刻，過零脈沖信號的頻率為100Hz,周期為lOms。
    基于以上數(shù)字，在進行控制對象上的交流電壓幅值的過程中，需要在過零脈沖信號的周期內(nèi)，即在相應(yīng)的1Oms內(nèi)控制可控硅的通斷占空比。這個一部分通過單片機的計數(shù)器來實現(xiàn)，對單片機計數(shù)器賦初值，一旦有交流過零信號被檢測到時，計數(shù)器開始工作，當計數(shù)器計滿溢出時產(chǎn)生的溢出中斷將叫控硅接通。通過這樣的方式便叫以在不改變交流電頻率的情況下實現(xiàn)調(diào)節(jié)叫控硅的占空比來調(diào)節(jié)電壓，進而實現(xiàn)調(diào)節(jié)溫度。而占空比的調(diào)節(jié)僅僅依靠設(shè)定單片機的計數(shù)器初始值就叫以實現(xiàn) 。
    7.    結(jié) 語
    在綜介使用PID和智能模糊算法的基礎(chǔ)上，采用單片機和CPLD協(xié)同工作的模式，依據(jù)實際工程需要，設(shè)計了總線溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過實際應(yīng)用，性能穩(wěn)定，可靠性較高。