基于STC12C5A60S2的馬弗爐溫度控制器設計

馬弗爐是高性能機電一體化的新一代智能產(chǎn)品，適用于煤炭、電力、化工、冶金等行業(yè)和部門(mén)進(jìn)行工業(yè)分析。馬弗爐溫度控制器設計以單片機STC12C5A60S2作為控制中心，采用PID控制算法和自適應控制技術(shù)，自動(dòng)調整預加熱溫度，并可以存儲記憶，確保試驗順利完成，自動(dòng)化程度高。

總體設計方案
1.馬弗爐主要技術(shù)指標
測溫范圍：0～1000℃
測溫精度：±3℃
控溫精度：±10℃（在250～1000℃范圍內）
升溫時(shí)間：(室溫～920℃)≤30min
電源：AC220V±22V@50Hz±1Hz
功率：3.5kW
具有快速灰化和緩慢灰化、揮發(fā)分、羅加指數、黏結指數等四個(gè)專(zhuān)用加熱程序；另外，溫度控制器有一個(gè)自選程序，通過(guò)按鍵可選擇所需設定的溫度和保溫時(shí)間。

2.設計思路
馬弗爐溫度控制器設計采用PID算法來(lái)控制PWM的占空比，由PWM信號控制IGBT的通斷，使用時(shí)鐘專(zhuān)用芯片DS1302進(jìn)行定時(shí)控制，從而實(shí)現在不同時(shí)段對爐溫的控制。

3.系統結構
馬弗爐溫度控制器由單片機STC12C5A60S2，熱電偶放大器與數字轉換器MAX6675，時(shí)鐘芯片DS1302，Ｉ級精度Ｋ形熱電偶，鍵盤(pán)及顯示系統組成，系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

PID簡(jiǎn)介
1.基本概念
①基本偏差e(t)：表示當前測量值與設定目標之間的偏差。設定目標是被減數，結果可以是正或負，正數表示還沒(méi)有達到，負數表示已經(jīng)超過(guò)了設定值，這是面向比例項用的一個(gè)變動(dòng)數據。

②累計偏差∑e(t)=e(t)+e(t-1) +…+e(t-n)：這是我們每一次測量得到偏差值的總和，是代數和，要考慮正負號運算的。這是面向積分項用的一個(gè)變動(dòng)數據。

③基本偏差的相對量e(t)-e(t-1)：用本次的基本偏差減去上一次的基本偏差，用于考察當前控制對象的趨勢，作為快速反應的重要依據，這是面向微分項用的一個(gè)變動(dòng)數據。

④三個(gè)基本參數Kp、Ki、Kd：這是做好一個(gè)控制器的關(guān)鍵常數，分別稱(chēng)為比例常數、積分常數和微分常數。不同的控制對象需要選取不同的值，經(jīng)過(guò)現場(chǎng)調試才能獲得較好的效果。

2.三個(gè)基本參數Kp、Ki、Kd實(shí)際控制中的作用
①比例環(huán)節：即時(shí)成比例地反應控制系統的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調節器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。比例作用大，可以加快調節，減少誤差，但過(guò)大比例會(huì )使系統穩定性下降。

②積分環(huán)節：主要用于消除靜差，提高系統的無(wú)差度。積分作用的強弱取決于積分時(shí)間常數Ti。Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。

③微分環(huán)節：能反應偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號的值變得過(guò)大之前，在系統中引入一個(gè)有效的早期修正信號，從而加快系統的動(dòng)作速度，減小調節時(shí)間。