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1、 第 2 5 卷第 9 期2 O O 4年 9月 为了与 A N 2 1 3 5 S C芯片 中的 i 2 c总线 主控制器 配 合工作，我们在 E P 1 k 3 0芯片中编写 了一个 i 2 c总线从 模块，使得 I 2 C总线 上的数 据传 输能够顺 利进行。根 据 I 2 C总 线传 输规 范，我们 设 定 了一个状 态 机 i 2 c s t a t e s，它共有 如 下 7个 状态：i d l e，a d d r e s s，a d d ra c k，r e a d，r d a c k，w r i t e，W T a c k。图 6给出了此状态机的 状 态 图。图6 I 2 C总
2、线状态机流程 图 由图 6可以看出，在开始条件(s t c o n：v c c)产生 后，i 2 cs t a t e s由空 闲(i d l e)状 态进 入 地 址状 态(a d d r e s s)。我们在 E P 1 k 3 0中指定了两个寄存器用于存储 从 I 2 C总线上发送来的控 制信号 和将要发送到 I 2 C总 线上的状态信号，它们分别是控制寄存器 u s b f p c t r l 7 0 和状态寄存器 f p u s bfl a g 7 0 ，这两个寄存 器地址的高 4位 均为“l l l 0”。同样，我们可 以把 1 K 3 0 芯片中所有由 I 2 C总线寻址的寄存
3、器的高 4位地址都 设定为“l l 1 0”。如图 6 所示，I 2 C总线在地址期 内发送 的高位地址只有为“l l 1 0”时，1 I 第 2 5卷第 9期2 O O 4年 9月 关。当 x1 的开关没有闭合时，P I E不进行加药 自动控 制；这时，可以手动调节频率设定器来人为控制药水 的 流入量。通常在某些设备发生故障不能使用 自动方式 来控制时，才会采用手动调节频率控制方式。当 x 1 输入端 闭合后，P I E即会 自动地 向待处理污 水水池 中加 入 中和药水，进行 p H值控制。在 自动控 制中，P I E会通过读取 A D模块 中特殊存储器 中的数 据获取表针 p H值 的数
4、字量，利用 P L C内部 P 1 D(第 8 8 号)特殊指令可以计算 出输出数值，再将该数值输 出给 D A模块。如前所述，D A会 输出与该数值相应的 电 量信号来控制药水泵的转速 以控制加药量，完成对污 水 p H值的控制，使 p H值能稳定在 68之 间，中心位 置是 7 3 软件编制 软件的编制分为初始化、采样、分析和输出四个部 分。p H值控制的总体程序框图如图 2所示。图 2 总体程序框 图 3 1 初始化 程序的初始化部分是 p H控制软件编制中最 为重 要的部分之一，主要完成对 A D和 D A模块工作状态 的设置，调入数据处理 和计算时所需的各个参数。如 图 3 所示，在
5、 F X一 4 A D中，用 1 通道接收表示 p H值的 42 0 m A信号，其它通道不使用，这就需要设定第 0 字段，数值为“H 3 3 3 1”其 中三个“3”表示第 2、3、4号通 道不使用，“1”代表第 1 通道接收 42 0 m A的 p H值信 号。在第 1 字段 中置入的数值表示 A D要经过几次 累加后取出平均值作 为转换的结果，若在这个字段 中 置入 1 0，表示 A D模块 自动累加 1 0次 A D转换数值 后，再 除以 1 0，得到 A D数字量。这样，可 以起到滤波 的作用，防止 A D信号 突变。对于其 它字段，如数据 采集速度、各个通道 的偏差量和增益量等可
6、以根据实 际情况设定。对于 F X一2 D A，它 的第 0 字段，数值设 为“H 1 1”，“1”表示输 出的电量 信号为 42 0 m A。另外 还要设 置停机后数据是否要求 保存到下次开机、各个 通道的偏差量和增益量等。誊 冒 P I D指令 所涉及到 的 2，4个数据 寄存 器也需要设 定，如采样时间、滤波常数、比例常数、积分时间、微分增 益等。这些数据需要根据被控对象的实际情况来定置，如 p H值的存在范 围、污水的流量大 小、加 入中和药水 的品质、中和速度等。通常工厂的生产工艺相对较为稳 定，污水的 p H值和流量基本稳定，即使有些变化，只要 控制参数设置合理一般不会有太大 出入
7、，而其它的影响 因数比较容易控制，所以这些参数可以定值设置，并在 P I E上电工作时就调入并在控制过程中使用。3 2 采样过程 采样的间隔时间可以根据实际情况定置，时 间因 子可以采用 P I E内部 的时间基准，如图 4中 M 8 0 1 3为 秒脉冲的时钟继电器。图 4所示 的 A D转换程序可 以每秒钟完 成一次 p H值的采样。一 。DO 1 M8 0 1 3 从F x 4 AD 中的I 字段 读取 I 通道的转 换数值 图4 A D转换程序 3 3 分析、计算过程 采样完成后，利用 P 1 D指令进行分析和计算。呻。DO。z。s Ml 1 目杯值 测定值 参数输 出值 图 5 P
8、I D指 令程序 在图 5所示的 P 1 D指令程 序中，目标值是指 用户 希望被控对 象应 稳定在哪 一个模拟值所对应 的数字 量。如 p H值 0 1 4的模拟量 42 0 m A对应 的数值为 O1 0 0 0，若被控对象的 p H值需要稳定 在 7，那 么 目标 值数字量就应设定为 5 0 0。测定值是指 A D采样所得 到的 p H值的数字量。参数 D 2 0表示 P 1 D指令在执行 时所需的 2 4 个参数的第一个参数，同时也指 明了这 2 4 个参数的首地址指针。从 D 2 0至 I 3 4 3应专门留给 P 1 D 指令用于存储参数，通常需要在系统上 电初始化 时完 成参数的
9、输入，或者还可以使用编程器输入到受 电池 保护的 D 2 0 0以后的数据存储器，这样就不需要在每次 上电时都把参数调入了。由 P 1 D指令分析后所得到的 2 4 P ROCES S AUTOMAT I ON I NS TRUM E NTATI ON，Vo 1 2 5，No 9，s e p，2 0 O 4 维普资讯 http:/ www.91HMI.com一种应用 P WM 技术的电加热 系统控制算法张秀香，等 输出值存储在 D 5 0中。在 F x系列中，F X 2 是首次在 内部 固化 了 P I D指令 的 P L C，它使用户在面对复杂控制时编程更加方便、程 序量可以大大减少，控制的
10、准确性 和反应速度得到 了 很 大 的提 高。3 4 输 出程序 在 P I D指令执行后，所得数据将送至 D A模块，由 它转换成 4 2 0 m A信号来控制变频器的输出，调节加 药量，控制 p H值。输 出语句如图 6所示。图6 D A转换程序 4 结束语 以 P L C和变频器为核心 的 自动控制 系统运用于 p H值的 控 制，在 工 厂 污水 治 理 中取 得 了很好 的效 果。在 以太 湖流 域 为 主要 治理 对象 的“零 点行 动”中，许多污水处理 厂采 用这 种 自动控 制 系统都 能很 好地控制排放 污水 的 p H值，提 高 了工作效 率，降低 了工人 的劳动 强度，提
11、 升 了污水 处理 厂 的现 代化水 平 修改稿收到 日期：2 O 0 4 0 6 2 5。作者潘志东，男，1 9 7 5 年生，毕业于浙江科技学院工业 自动化专业，浙江大学在读工学硕士，讲师；主要从事计算机网络、自动化与仪器仪 表、通信等学科 的科研和教 学工作。一种应用 P WM技术的电加热系统控制算法 A Co n t r o l Al g o r it h m f o r E le c t r ic H e a t i n g S y s t e m Ap p ly i n g P M T e c h n iq u e 番 夏 建全(兰州工业高等专科学校电气工程系，兰州 7 3 0 0
12、 5 0)摘要针对电热管加热类负载 的控制特点，就数学模型的建立、高精度控制算 法的确定、P WM控制方法的实现等 问题进行 了详 细的 分析和论证，总结出一种对于一阶惯 性环节 加纯滞后类对象如何确定最优控制算法的分析方法。关键词P WM P I D算法积分分离S m i t h预估器 A b s t r a c t A c c o r d i n g t o t h e c o n t r o ll i n g p a r t i c u l a r i t y o f h e a t i n g l o a d o f the imme r s i o n h ea t e r-e s
13、t a b l i s h me n t o f ma the ma t i c a l mo d e l-the d e ter mi n a t i o n o f h i g h l y p r e c i s e c o n t r o l a lg o r i t h m-a n d the i m p l e me n t a ti o n o f the c o n t r o l me tho d o f P WM a r e a n a l y z e d a n d p r o v e d i n d e tai l T h u s the a n a l y s i s
14、me t h o d o f h o w t o es t a b l is h th e o p t i m a l c o n t r o l a l g o ri t h m f o r th e o b j e c t w i th f i r s t o rd e r in e r t i a e l e m e n t a n d d e a d t i m e c h a r a c te ri s ti c K e y w o r d s P WM P I D a l g o r i t h m I n te 4 se p a r a ti o nS m i th p r e
15、d i c to r O 引言 温度 控制 是 自动 控 制领 域 中最 常 见 的 问题 之 一，它涉及 采 暖、日常 生活 热 水、化 工生 产、炼 钢 炼 铁、造纸、矿山冶炼等各 行业。加热源有煤、油、天然 气、感应加热及 电热管加 热等，由于 电加热 方式所需 设备简单、无污染及无 噪音等优点而倍 受人们青 睐。近年来随着单 片机、计算 机 及 自动控 制技 术 的发展 和应用，一改有触点 的传统 控制方式，应 用单 片机组 成高精度智能化温 控仪 已成 为电加热温度 控制 的趋 势和潮流。基于此，本文应 用 自动控 制、智 能控制和 P WM技术，提 出 了一种构 成 高精度 智能温 度控 制仪 的控制算法。1 控制对象数学模型的建立 1 1 对象特性 以生活热水加热系统为例，设被控对象温度为，环境温度 为，供热 量为 Q1=I 2 R，散热 量 为 Q 2=A(一 )，式 中：为散热 系数，A为散热 面积，则 能量平衡式 Q 一 Q =M C p 警(1)式中：为水的质量；C p 为水的比热。将 Q 2 代入(1)式，整理得 告 警+：击 T o(2)+l T z 25 HM 维普资讯 http:/ www.91HMI.com