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摘要：针对染布生产环境电磁干扰大，染布工艺要求温度升降速度恒定、保温温度偏差小的特性，介绍了一种基于单片机控制的染色机温度控制系统的设计方案。系统包含微处理器、温度检测转换模块、光电隔离模块以及键盘显示模块，软件设计上采用模糊控制算法实现对染布控制过程中各个步骤温度的精确控制。结果表明，系统的温度测量精度为.1℃，控制的温度变化的速度偏差为.2℃。它具有抗干扰能力强，控制精度高，性价比高等优点。
关键词：模糊算法 温度控制 染布机。
一、系统构成与电路设计
控制系统的总体结构如图1所示。微处理器将模数转换芯片采集的温度数据，通过系统内部查询模糊规则，输出PWM信号控制加热阀和冷却阀，使染缸内的温度按照设定的数值变化。微处理器是系统的控制核心，其工作的可靠性和稳定性对系统的控制效果至关重要。STC公司的STC89C58单片机具有硬件看门狗，在防解密和抗干扰方面都比普通的8051核单片机强，能轻松通过4kV快速脉冲干扰，电源电压的工作范围宽，抗电源抖动强，性价比极高。STC89C58单片机是一款采用改进型的MCS51核单片机，不但具有普通51核单片机的所有特性，而且还增加了新的功能，内部包含1280字节的RAM、16KB的EEPROM和32KB的程序存储器，在系统中分别被用作显示的缓冲区和历史温度变化曲线的保存区，简化了系统的外部电路。系统配置了键盘与显示电路，通过键盘可编辑、设定和选择染布的工艺，其设定的工艺参数存储在AT24C64，可存100条工艺，液晶屏YM12864用中文方式显示系统的各类参数。
直流电源采用电感电容进行滤波外，还对数字部分的供电电源采用DC-DC转换模块B0505S进行隔离，将系统的数字电源、数字地与模拟电源、模拟地之间完全隔离。B0505S是一款专门用于小电流隔离的直流电源模块，具有稳压输出的功能，可隔离1000V以上的瞬间直流脉冲。可确保数字系统在恶劣的条件下正常工作。
温度模块包含电桥输入、AD采集和光电隔离三部分。电路原理图如图2所示。图2中，R1、U1和RW1构成稳压电路，输出稳定的电压Vref给电桥和AD采集芯片U3供电。电阻R2、R3、R4和PT100温度传感器Rt构成电桥，PT100采用三线输入法，以便消除导线电阻的影响。电桥输出的电压信号经运放放大后，由12位的串行模数转换芯片AD7920转换数字信号，再经光电隔离后送单片机进行运算处理。
由图2中，由于电阻R5>>Rt, R6>>R4,可认为流过电阻R2和Rt的电流相等，R3和R4的电流相等，而流过R5和R6支路在外界温度为0℃时，PT100的电阻值R t为100欧，电桥处于平衡状态，输出电压V3为0。模数转换芯片AD7920采集V3的电压，转变的数字信号送给微处理器，可计算出温度传感器的电阻值，从而计算出温度值。
二、软件与算法设计
模糊算法控制是系统软件控制的核心，其结构图如3所示。这是一个能根据现场的实测效果进行自动修正的三输入单输出的模糊控制器。图中的给定速度是指染布工艺所设定的温度变化速度，如果是保温，则其速度为0。实测速度指在染布工艺控制过程中的每分钟的变化速度，如果是保温阶段，则指实际温度与目标温度的偏差。根据实际的生产经验，在系统控制时，输出PWM的控制周期为10秒，一分钟调用模糊推理控制器6次。图中的E为实际控制过程中给定速度与实测速度的偏差模糊量，EC是指速度的变化率模糊量。模糊推理单元根据E和EC的数值，查询模糊规则库，输出相对应的控制模糊量U。控制效果模糊量S是对系统总体的控制效果连续跟踪并与系统的设定效果比较而判断得出的，用于消除系统的速度累积偏差。
三、 系统运行结果
一条完整的工艺，包含多个步骤的恒速升温、恒速降温和保温。不同的染料对应每一步升降温的速度和保温的时间也不同。本系统每一步的速度范围可在0.3～3.0℃/分钟之间设定，保温时间在0～200分钟内选择，温度控制的范围为0～150℃。将本设计应用于染布监控系统中进行实际测试，结果如图4所示。图中的实线是设定的理想温度变化曲线，虚线是实际测试的温度曲线。由图可知，实际曲线与实测曲线基本吻合。整个系统的实测指标为：温度测量精度为±.1℃，升降温速度偏差为±.2℃，温度偏差为±.5℃，低于染布工艺要求的速度偏差0.3℃，温度偏差±℃的要求。
系统采用软硬件相结合的方法，消除了测量环境中电源波动、电磁干扰等因素对测量结果的影响。在算法上，模糊推理算法的应用，较好地克服了染缸温度变化的纯滞后性和蒸汽的余热，控制响应时间短，超调量小，获得比传统PID算法好得多的效果。
参考文献：
[1] 姚维，孙焕根，孙斌等. 染色工艺过程的智能控制[J].浙江大学学报(工学版), 1998,(02).
[2] 麦继平，董振礼. 染色机温度自动控制系统[J].纺织机械, 1998,(06).
[3] 罗维平，向阳. 染色机温度的非线性控制[J].纺织学报, 2002,(02).
[4] 郭清华，赵英红，郭利等. 染色机温度的模糊控制实现[J].河北科技大学学报, 2006, (04).
关键词：模糊算法 温度控制 染布机。
一、系统构成与电路设计
控制系统的总体结构如图1所示。微处理器将模数转换芯片采集的温度数据，通过系统内部查询模糊规则，输出PWM信号控制加热阀和冷却阀，使染缸内的温度按照设定的数值变化。微处理器是系统的控制核心，其工作的可靠性和稳定性对系统的控制效果至关重要。STC公司的STC89C58单片机具有硬件看门狗，在防解密和抗干扰方面都比普通的8051核单片机强，能轻松通过4kV快速脉冲干扰，电源电压的工作范围宽，抗电源抖动强，性价比极高。STC89C58单片机是一款采用改进型的MCS51核单片机，不但具有普通51核单片机的所有特性，而且还增加了新的功能，内部包含1280字节的RAM、16KB的EEPROM和32KB的程序存储器，在系统中分别被用作显示的缓冲区和历史温度变化曲线的保存区，简化了系统的外部电路。系统配置了键盘与显示电路，通过键盘可编辑、设定和选择染布的工艺，其设定的工艺参数存储在AT24C64，可存100条工艺，液晶屏YM12864用中文方式显示系统的各类参数。
直流电源采用电感电容进行滤波外，还对数字部分的供电电源采用DC-DC转换模块B0505S进行隔离，将系统的数字电源、数字地与模拟电源、模拟地之间完全隔离。B0505S是一款专门用于小电流隔离的直流电源模块，具有稳压输出的功能，可隔离1000V以上的瞬间直流脉冲。可确保数字系统在恶劣的条件下正常工作。
温度模块包含电桥输入、AD采集和光电隔离三部分。电路原理图如图2所示。图2中，R1、U1和RW1构成稳压电路，输出稳定的电压Vref给电桥和AD采集芯片U3供电。电阻R2、R3、R4和PT100温度传感器Rt构成电桥，PT100采用三线输入法，以便消除导线电阻的影响。电桥输出的电压信号经运放放大后，由12位的串行模数转换芯片AD7920转换数字信号，再经光电隔离后送单片机进行运算处理。
由图2中，由于电阻R5>>Rt, R6>>R4,可认为流过电阻R2和Rt的电流相等，R3和R4的电流相等，而流过R5和R6支路在外界温度为0℃时，PT100的电阻值R t为100欧，电桥处于平衡状态，输出电压V3为0。模数转换芯片AD7920采集V3的电压，转变的数字信号送给微处理器，可计算出温度传感器的电阻值，从而计算出温度值。
二、软件与算法设计
模糊算法控制是系统软件控制的核心，其结构图如3所示。这是一个能根据现场的实测效果进行自动修正的三输入单输出的模糊控制器。图中的给定速度是指染布工艺所设定的温度变化速度，如果是保温，则其速度为0。实测速度指在染布工艺控制过程中的每分钟的变化速度，如果是保温阶段，则指实际温度与目标温度的偏差。根据实际的生产经验，在系统控制时，输出PWM的控制周期为10秒，一分钟调用模糊推理控制器6次。图中的E为实际控制过程中给定速度与实测速度的偏差模糊量，EC是指速度的变化率模糊量。模糊推理单元根据E和EC的数值，查询模糊规则库，输出相对应的控制模糊量U。控制效果模糊量S是对系统总体的控制效果连续跟踪并与系统的设定效果比较而判断得出的，用于消除系统的速度累积偏差。
三、 系统运行结果
一条完整的工艺，包含多个步骤的恒速升温、恒速降温和保温。不同的染料对应每一步升降温的速度和保温的时间也不同。本系统每一步的速度范围可在0.3～3.0℃/分钟之间设定，保温时间在0～200分钟内选择，温度控制的范围为0～150℃。将本设计应用于染布监控系统中进行实际测试，结果如图4所示。图中的实线是设定的理想温度变化曲线，虚线是实际测试的温度曲线。由图可知，实际曲线与实测曲线基本吻合。整个系统的实测指标为：温度测量精度为±.1℃，升降温速度偏差为±.2℃，温度偏差为±.5℃，低于染布工艺要求的速度偏差0.3℃，温度偏差±℃的要求。
系统采用软硬件相结合的方法，消除了测量环境中电源波动、电磁干扰等因素对测量结果的影响。在算法上，模糊推理算法的应用，较好地克服了染缸温度变化的纯滞后性和蒸汽的余热，控制响应时间短，超调量小，获得比传统PID算法好得多的效果。
参考文献：
[1] 姚维，孙焕根，孙斌等. 染色工艺过程的智能控制[J].浙江大学学报(工学版), 1998,(02).
[2] 麦继平，董振礼. 染色机温度自动控制系统[J].纺织机械, 1998,(06).
[3] 罗维平，向阳. 染色机温度的非线性控制[J].纺织学报, 2002,(02).
[4] 郭清华，赵英红，郭利等. 染色机温度的模糊控制实现[J].河北科技大学学报, 2006, (04).