温度被控参数Word格式.docx

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主机：

Z80（TANDY公司RADIOSHACK分部生产的TRS-80微机系统）。

主机CPU：

Z-80。

用户内存：

38K。

系统总线：

TRS-80有56个引脚，分为5个功能组，各组的引脚表示为：

引脚1～6：

逻辑电源总线，引脚7～14：

数据总线。

引脚15～30：

地址总线，引脚31～52：

控制总线，引脚53～56：

辅助电源总线；

操作系统：

NEWDOS-80。

显示器：

绿色12’’监视器（系统自带）

2计算机工作的外围电路设备

（1）AC0832转换器

DAC0832是用CMOS工艺制成的8位数/模转换芯片。

数字输入端具有双重缓冲作用，可以双缓冲、单缓冲或直接输入，特别适用要求几个模拟量同时输出的场合，与微处理器连接很方便，功耗低，输出漏电流误差较少。

主要特性如下：

分辨率：

8位，建立时间：

1μs，温度增益系数：

20ppm/℃，输入：

TTL电平，功耗：

20mW

DAC0832芯片为20脚双列直插式封装的引脚

含义如下：

DI0～DI7：

8位数字量数据输入引脚：

ILE：

:

数据锁存允许信号；

CS^：

片选信号，低电平有效。

它与ILE相结合，用以控制WR1^是否有效；

WR1^：

输入寄存器的“写”选通信号，低电平有效。

在CS^和ILE有效时，用它将数字量输入，并锁存在输入寄存器中；

WR2^：

DAC寄存器的“写”选通信号。

在XFER^有效时，用它将输入寄存器中的数字传送到DAC8位寄存器中；

XFER^：

传送控制信号。

用它来控制WR2^是否起作用。

在控制多个DAC0832同时输出时特别有用；

IOUT1：

DAC电流输出1，它是逻辑电平为“1”的各位输出电流之和;

IOUT2：

DAC电流输出2，它是逻辑电平为“0”的各位输出电流之和;

RFB：

反馈信号输入端，DAC0832内部已有反馈电阻，所以，RFB端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样，相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输入端之间；

VCC：

工作电源，＋5Ｖ～＋15Ｖ，最佳工作状态是＋15V；

AGND：

模拟量地。

芯片模拟电路接地点；

DGND：

数字量地。

芯片数字电路接地点。

注意D/A转换芯片输入的是数字量，输出为模拟量，而模拟信号很容易受到电源和数字信号的干扰，引起波动。

为提高输出的稳定性和减少误差，所以，模拟信号部分必须采用高精度基准电源VREF和独立的地线，一般把数字的和模拟地分开。

模拟地是模拟信号及基准电源的参考地。

其余信号的参考地，包括工作电源地、数据、地址、控制等数字信号的逻辑地都是数字地。

（2）ADC0809转换器

:

ADC0809是一个28引脚双列直插式封装的芯片，带有8位A/D转换器、8路多路开关以及与微型计算机兼容的控制逻辑CMOS组件，其转换方法是逐次逼近型。

它的各引脚功能如下：

IN0～IN7：

8路模拟电压信号输入端；

2－1～2－8：

8位数字量输出端；

START：

启动A/D转换的控制输入端，高电平有效；

ALE：

地址锁存允许控制信号输入端，该引脚有效时，ADDC、ADDB、ADDA才能控制所选择8路输入模拟通道中的1路。

START和ALE这两个信号端可连在一起，当通过软件输入一个正脉冲时，便立即启动A/D转换；

OE：

输出数据允许信号端，高电平有效。

只有该信号有效时，才能打开输出三态缓冲器，用于指示转换已完成，结果数据已存在锁存器中。

在中断方式下，此信号可以作为向CPU申请中断的请求信号，在查询方式下，此信号可以作为A/D转换完毕的状态信号；

CLOCK：

时钟脉冲输入端；

电源＋5V连线端；

GND：

接线端；

REF（＋）：

参考电源输入端，通常此引脚与VCC相连；

REF（－）：

参考电源地端，通常此引脚与GND相连；

ADDC、ADDB、ADDA选择模拟通道的地址输入端。

要注意的是只有在ALE引脚有效时，三个引脚才能控制选择。

STD总线有56个引脚，分为5个功能组，各组的引脚表示为：

（3）执行器

电动执行器是自动控制系统中的一个重要组成部分，它接收来自调节仪表的电信号，用电动执行机构将其转换成适当地力或力矩，以推动各类调节阀（或其它执行机构），从而达到自动生产的目的。

电动执行器与气动执行器相比，具有动作灵敏，能源取用方便，信号传递快捷和适合远距离控制的优点。

它由执行机构和调节机构两部分组成，其中将调节控制信号转换成为力或力矩的部分叫做电动之行机构，各种调节阀或调节设备统称为调节机构。

（4）智能阀

智能调节阀是集常规仪表的检测、控制、调节等功能形成一个完整结构的智能仪器，它至少由以下六部分组成：

带有微处理器及智能软件的控制器，用于提供反馈信号和诊断信号的传感器，信号变换器，I/O及通讯接口；

执行机构，调节阀。

智能调节阀的特点：

（1）具有智能控制功能。

可按给定值自动进行PID调节，控制流量、压力、、压差和温度等过程变量，还可支持串级控制方式等。

（2）具有保持功能。

（3）具有通信功能。

（4）具有诊断功能。

（5）一体化结构，智能调节阀把阀体、控制电路、传感器、执行机构全部装在一个现场仪器中。

STARPAC型智能调节阀是Valtek公司20世纪90年代末期的产品，其基本结构和功能如图所示。

其主要特性和特点是：

●阀体的进出口部位和内部安有压力、温度监测器、阀体内安装阀位监测器。

气缸执行机构进出口安装空气压力监测器。

这些检测器的输出信号都送到微处理器。

●能进行压力、温度、流量的测量和自动控制。

流量测量是根据阀门开度所对应流量系数值及阀门前后压差由微处理器进行计算，还可以对此流量进行温度补偿，也可构成串级控制回路。

●调节阀在运行过程中，随时根据气缸进出口压力、阀位的变化以及温度、压差、流量变化等工艺参数，分析调节阀的动态工作状态包括流量特性的变化，实时进行故障诊断，进行必要的调整和校准。

●具有事故预测。

监视、报警及事故切断的程序，实现安全运行。

●与上位机控制系统（DCS、主计算机系统）的连接用4～20mA模拟信号或RS485串级数字信号的通信方式，两者可任选，与PC机的连接，进行组态、校准、数据检索与故障诊断等重要通信采用数字通信方式。

（5）只读存储器EPROM

目前使用最为广泛的只读存储器是EPROM，其典型芯片为Inter2716UVEPROM存储器。

2716是N沟道FAMOS器件，存储容量为16K（2K×

8）位，即：

2K个字，每字8位。

基本存储电路排列成128行×

128列的阵列。

它们被分为8各16×

128的矩阵，每个16×

128地矩阵都代表2048个字中的某一位，2716中一位的结构框图如图所示：

其中：

高位地址信号A4～A10用来确定128行中的某一行，低位地址信号A0～A3用来控制16根位线。

Inter2716采用24脚双列直插式封装。

其引脚排列如图所示。

Inter2716的24条引脚分别为：

A10～A0：

11条地址输入线，可寻址2716芯片内部的2K存储单元。

其中7条用于行译码，以选择128行中的一行；

4条用于列译码，用以选择16组中的一组。

被选中的一组，8位同时输出。

O7～O0：

8位数据输入、输出线，都通过缓冲器输入、输出。

对2716进行编程写入时，O7～O0是输入线，用来输入要写入的信息；

当2716处于正常读出时，O7～O0是输出线，用来输出2716中的存储信息。

片选信号。

当CS^＝0时，允许对2716读出。

PD/PGM：

输入信号线，它是待机/编程的控制信号。

VPP：

编程电源。

在编程写入时，VPP＝＋25V；

正常读入时，VPP＝＋5V。

。

工作电源，为＋5V。

此外，芯片的上方开有一个透明的石英玻璃窗口，以便用紫外线擦除信息，经过擦除后又可以重写。

由于写的过程很慢，所以在实际应用中，常作为只读存储器使用。

（6）PIO报警器

全软件报警程序,被测参数如温度、压力、流量、速度、成分等参数经传感器、变送器、模/数转换器，送到微型机后，再与规定的上、下限值进行比较，根据比较的结果进行报警或处理，整个过程都由软件实现。

这种报警程序又可分简单上、下限报警程序，以及上、下限饱经处理程序。

PIO接口地址为A/D转换器8位数据输入口。

B口PB4,作为A/D转换的启动信号。

B口PB0－PB3分别作为上限、下限、正常情况及电笛报警信号。

其上限报警模型0F1H,下限报警模型0F2H，正常情况报警模型0F3H。

报警电路原理如下图所示：

（7）EU-2热电偶

镍铬－铜镍热电偶，又称镍铬－康铜热电偶，也是一种廉价金属热电偶。

其正极（EP）为镍铬10合金，化学成分与KP相同，负极（EN）为铜镍合金，名义化学成分为55℅的铜、45℅的镍以及少量的钴、锰、铁等元素。

该热电偶使用温度为－200︿900℃。

E型热电偶电动势之大，灵敏度之高属所有标准热电偶之最，宜制成热电堆来测量微小的温度变化。

E型热电偶可用于湿度较大的环境里，具有稳定性好，抗氧化性能高，价格便宜等优点。

但不能在高温下用于硫、还原性气氛中。

四、数字控制器的设计及其控制算法

本控制系统框图如下所示：

炉子的传递函数为Gc（s）=Ke-θs/（τ1s+1），θ＝LT，其中τ1为电阻加热炉的时间常数；

，θ为电阻加热炉的纯滞后时间，T为采样周期。

D/A转换器可划归为零阶保持器内，所以广义对象的传递函数为

G1（s）=[Ke-θs/（τ1s+1）]×

[（1－e—Ts）/s]

广义对象的Z传递函数为G1（z）=Z{[Ke-θs/（τ1s+1）]×

[（1－e—Ts）/s]}=

Kz－L－1（1－e－T/τ1）/（1－e－T/τ1z－1）。

所以系统的闭环Z传递函数为Φ（z）=Z[（1－e—Ts）/s×

e-θs/（τs+1）]=z－L－1（1－e－T/τ）/（1－e－T/τ）。

系统的数字控制器为U（z）/E（z）=D（z）=Φ（z）/G1（z）[1－Φ（z）]=（1－e－T/τ1z－1）（1－e－T/τ）/K（1－e－T/τ1）[1－e－T/τz－1－（1－e－T/τ）z－1-L]

写成差分方程即为u（k）＝e－T/τu（k－1）＋（1－e－T/τ）u（k－1－L）＋（1－e－T/τ）e（k）/K（1－e－T/τ1）－（1－e－T/τ）e－T/τ1