基于STM32的遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　PID控制器是通過(guò)對(duì)誤差信號(hào)()et進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算，其結(jié)果的加權(quán)，得到控制器的輸出()ut，該值就是控制對(duì)象的控制值。PID控制器的數(shù)學(xué)描述為：

　　式中()ut為控制輸入，()()()etrtct=−為誤差信號(hào)，()rt為輸入量，()ct為輸出量。

　　PID控制的傳輸函數(shù)為：

　　將模糊控制與PID控制結(jié)合，根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)與模糊理論，在線自整定PID控制器的3個(gè)基本控制參數(shù)，輸出控制變量，利用模糊控制實(shí)時(shí)修正PID參數(shù)，提高系統(tǒng)的控制精度和魯棒性，該控制器具備自適應(yīng)性，系統(tǒng)采用的控制器結(jié)構(gòu)如圖3所示 [5]。

　　遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)的應(yīng)用

　　高溫高壓下水流體-固體相互作用在自然界、工業(yè)生產(chǎn)、工程技術(shù)以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)中都廣泛存在，無(wú)論在地球科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等自然基礎(chǔ)科學(xué)還是在應(yīng)用科學(xué)、工程技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)中，水流體-固體相互作用都是極受關(guān)注的基本科學(xué)問(wèn)題。各類(lèi)高溫高壓下水流體-固體相互作用的科學(xué)問(wèn)題可通過(guò)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置分析，目前所用的實(shí)驗(yàn)裝置的精度及自動(dòng)化水平較低。采用先進(jìn)的控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制反應(yīng)器整體溫度的一致性與穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高溫高壓下水流體-固體相互作用溫控裝置的自動(dòng)化，可提高實(shí)驗(yàn)效率及數(shù)據(jù)的精確度。

　　在高溫高壓下，水流體-固體相互作用實(shí)驗(yàn)存在如爆炸、濺出等事故傷人的可能。基于安全性的考慮，溫度控制部分采取了本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程溫控方式，實(shí)驗(yàn)者以遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式控制反應(yīng)設(shè)備，有效地保護(hù)了實(shí)驗(yàn)操作人員的安全。

　　采樣信號(hào)預(yù)處理

　　為防止外界干擾、野值等對(duì)系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性造成影響，將采集到的溫度傳感器信號(hào)首先通過(guò)卡爾曼濾波器進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理。

　　控制界面的設(shè)計(jì)

　　組態(tài)軟件集成了電路圖形技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，使控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員不必依靠某種具體的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，只需通過(guò)可視化的組態(tài)方式，就可完成監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，降低了監(jiān)控畫(huà)面開(kāi)發(fā)難度[6]，利用組態(tài)軟件可以完成監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，其基本設(shè)計(jì)思想是：首先完成工控機(jī)與溫控單元的通訊，用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)工控機(jī)的操作界面，通過(guò)設(shè)計(jì)建立良好的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度的監(jiān)控和動(dòng)態(tài)顯示。

　　系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)安裝有電壓變送器、電流變送器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓、電流數(shù)值，若出現(xiàn)加熱爐溫度及電壓過(guò)高、電流過(guò)大、可控硅擊穿保護(hù)、系統(tǒng)壓力異常、升溫速率失控、加熱爐斷線、短路時(shí)，加熱立即停止并報(bào)警。另外，考慮到可控硅調(diào)壓器及伺服啟動(dòng)器電源的電壓為220V，為了防止出現(xiàn)觸電等安全事故，電源上均裝有交流接觸器，通過(guò)軟件遠(yuǎn)程控制加熱的啟動(dòng)和停止。

　　結(jié)論

　　本文設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)，應(yīng)用于高溫高壓水流體-固體相互作用裝置，取得了良好的運(yùn)行效果。但由于工業(yè)環(huán)境(環(huán)境溫度、電氣干擾等)的不確定性，系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)處理流程以及異常處理機(jī)制還可進(jìn)一步的優(yōu)化與改進(jìn)。