基于模糊控制的温度控制系统设计与实现

摘要 温度是描述物体冷热变化的物理量，也是衡量物体能量大小的标志。在现场的生产应用中，环境的温度直接影响到产品的产量及质量。由于温度变化比较缓慢，所以对于温度出现失调时产生的对产品的影响非常严重。开发一种对于温度能够进行精确控制的系统对于提高系统生产效率具有重要意义。 本次设计的温度控制系统是以工业稳定性能高的西门子PLC S7-300为控制核心，以热电偶为温度检测元件。现场的温度信号经过热电偶变成热电势，热电势经过信号调理电路后，进入PLC的模拟量输入模块。控制器将测量的温度信号与设定的温度值进行比较，根据比较结果，通过控制固态继电器SSR来控制加热丝的通断。为增强系统的温度调节性能，在温度调节过程中采用模糊控制算法。对于不同阶段的测量值与设定值的温度差采用不同的温度控制方式，尽快使设备的温度达到设定值。提高温度检测系统的精度，本装置还采用全桥补偿电路。 对于软件方面的设计，系统采用循环扫描方式对现场的温度实行实时检测。对于温度控制，在温度为达到设定值前，系统根据温差通过模糊控制算法度设备进行加热，在温度超出设定后，系统就会根据模糊控制算法进行控制固态继电器的通断。 关键词：温度控制，模糊控制，S7-300，固态继电器 目录第一章 前言??? 11.1 课题研究的目的及意义??? 11.2 基于模糊控制的温度控制系统发展现状??? 11.2.1 模糊控制技术的发展??? 11.2.2 温度控制系统的发展??? 21.3 本文工作??? 3第二章 温度控制系统控制方案的设计??? 52.1 总体方案的设计??? 52.2 模糊控制算法设计??? 62.2.1 模糊控制概况??? 62.2.2 模糊控制策略设计??? 62.3 本章小结??? 8第三章 硬件与软件的设计??? 93.1 系统实现分析??? 93.2 硬件实现方案的设计??? 93.2.1 控制器的设计??? 93.2.2 温度传感器的设计??? 113.2.3 信号调理电路的设计??? 113.2.4 显示电路的设计??? 123.2.5 系统电源的设计??? 123.3 软件设计??? 133.3.1 主程序设计??? 133.3.2 温度检测程序设计??? 143.4 保护电路设计??? 163.4.1 光电隔离??? 163.4.2 温度补偿电路设计??? 163.5 本章小结??? 17第四章 系统组态的设计??? 184.1 组态软件介绍??? 184.2 组态监控的实现??? 204.2.1 系统运行组态的设计??? 204.2.2 触摸屏与PLC的通信??? 234.3 本章小结??? 24第五章 结论与展望??? 255.1 结论??? 255.2 展望??? 25附录??? 27参考文献??? 28致? 谢??? 29 本文工作 为了对具有大惯性、非线性和时变特性的温度控制系统（比如热分析仪）实现大范围高精度的温度控制，研究其相关控制规律，本文主要进行了以下两个方面的研究和设计开发工作。 (1)研究模糊PID自整定控制器的设计方法 本文详细分析了模糊控制的数学基础及原理，并在此基础上将模糊控制与PID控制结合在一起，研究模糊PID自整定控制器的设计方法，运用MATLAB对该控制系统进行了仿真，总结出适合热分析仪温度控制系统的模糊控制算法，并进行该控制算法的程序设计和实验测试。 (2)设计开发基于S7-300 PLC控制器的温度检测和控制系统 本文设计一块以S7-300 PLC控制器为内核的电加热炉温度控制电路系统，该硬件系统包括温度检测电路、双向可控硅触发电路、触摸屏显示电路、与上位机的远程通讯等。并在搭建的电路板上完成温度检测和模糊控制算法功能，并且使其能通过上位机实现监控。