塑膠模具生產溫度協調用具改進

嵌入式系統被定義為：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。塑料模塑或稱擠出成型，是一種變化眾多、用途廣泛的熱塑性塑料加工方法，其擠出制成的產品都是連續的型材。塑料擠出生產是將粒狀或粉狀塑料加入擠出機料筒內，由轉動著的螺桿把塑料向前輸送并壓縮，在一定的溫度和壓力下熔融塑化，熔體在螺桿擠壓作用下流經口模即可成型，經冷卻定型后，再經牽引，切割或卷取即得制品。擠出由于它的連續特性，所以是這類加工方法中最重要的一種。

　　塑料擠出加工過程中，物料的溫度嚴重影響著產品的質量，尤其是表面質量，傳統的溫度控制設備和控制原理已經不能夠滿足未來塑料擠出加工設備對溫度控制的要求，而嵌入式系統為我們提供了完美的解決方案。塑料擠出嵌入式溫度控制系統塑料擠出嵌入式溫度控制系統硬件結構該系統從經濟性和實用性出發，充分考慮目前擠出機的現狀，采用單片機微控制器作為控制核心，利用K型熱點耦作為溫度信號傳感器，利用AD595作為熱電耦的放大補償芯片，利用P89LPC936內建的AD轉換器把模擬的溫度信號轉換為溫度信號傳遞給主程序，主程序利用模糊控制算法控制IO口的輸出，控制電加熱器和風扇以便把溫度穩定在允許范圍內。人機界面采用LED數碼管來顯示當前溫度，USB芯片采用飛利浦PDIUSB12USB控制芯片，實現單片機內EEPROM中數據到PC機的傳輸和目標溫度的設置。下面對主控芯片進行簡單介紹。

　　程序存儲器的任何字節可用作非易失性數據存儲器。256字節RAM數據存儲器。P89LPC935和P89LPC936還包括一個512字節的附加片內RAM.512字節片內用戶數據EEPROM存儲區，可用來存放器件序列碼及設置參數（P89LPC935/936）。2個4路輸入的8位A/D轉換器/DAC輸出（P89LPC935/936，P89LPC933/934只有一個A/D）。2個模擬比較器，可選擇輸入和參考源。2個16位定時/計數器（每一個定時器均可設置為溢出時觸發相應端口輸出或作為PWM輸出）和1個23位的系統定時器，可用作實時時鐘。

　　溫度控制器組成及工作原理溫度控制器包括：主機、人機界面、時間讀取和設定、溫度PID控制、電機驅動控制。溫度控制器通過熱電偶和調節電路得到各個溫度控制點的溫度數據，通過片上ADC把溫度數據轉換為八位數字量，單片機上的主程序通過模糊PID算法控制加熱器和冷卻器的運行把溫度控制在預期范圍內。同時通過程序定時把各點的溫度數據保存在EEPROM中。當我們需要這些數據的時候。我們可以通過RS232串口或者USB接口把數據傳輸給PC機。以便于我們繪制溫度變化曲線。工作過程如下：得到目標溫度值：當系統第一次啟動時我們必須設置目標溫度，這項工作可通過串口或者鍵盤實現，如果我們不設定目標溫度，系統將采用默認值（最后一次的設定值），得到目標溫度后，系統將進入溫度采集循環，如果沒有得到滿足條件的設定值系統將報錯。

　　得到溫度控制方案：同上溫度控制方案可以通過串口或者鍵盤寫入，而且系統中可以把保留多個控制方案，以便用戶選擇。如果沒有得到滿足條件的設定值系統將報錯。進入溫度采集循環：系統的輸入為攜帶溫度信息的熱電偶電壓，ADC把它轉化為計算機可識別的八位數字信號，采樣周期為1秒，單片機EEPROM中保存最近一段時間的溫度值，可以通過串口導出到PC上，以供我們進行分析。

　　輸出加熱器控制信號和冷卻控制信號：系統可以提供開關量信號控制繼電器的通斷，也可以提供占空比不同的脈沖信號控制加熱強度，前者硬件簡單，算法簡單，控制精度低，后者精度較高，控制靈活，但是算法和硬件都較復雜。塑料擠出溫度控制器的軟件設計2.1單片機軟件的總體結構由于單片機片資源有限，不能運行較大的嵌入式操作系統。所以系統的軟件結構的優劣直接影響軟件的開發難度和維護難度以及系統的測量精度。

　　單片機上的程序設計和具有嵌入式操作系統平臺的軟件設計（如psos平臺）有著很大的不同?；贠S的軟件設計，多任務容易實現，進程間通訊和切換都可以依靠OS提供的管理機制實現。在單片機上只能依靠軟件設計人員的設計技巧實現比較合理的任務切換，筆者采用的是利用時鐘中斷IT0實現鍵盤掃描和溫度數據的定時采集，在主循環中進行控制算法的實現。軟件結構圖在IT0ISR中實現對鍵盤的掃描、溫度數據的采樣，設定每隔50ms對鍵盤進行掃描，如果是F1被按下進入溫度設定模式。溫度設定由4個功能鍵控制，當F4被按下，系統跳出溫度設置狀態?？刂扑惴ǖ膶崿F本系統共采用8個溫度采集點，3個溫度控制點，溫度控制點標為T0T7.前一溫度采集點溫度作為后面溫度采集點的溫度參考，考慮擠出放熱和物料傳送過程溫度損失。由溫度控制點間的溫度差異得到相應的溫度損失系數。該系數用于后續控制算法中的系數整定。由于操作者的經驗不易精確描述，控制過程中各種信號量及評價指標不易定量表示，模糊理論是解決這一問題的有效途徑，所以人們運用模糊數學的基本理論和方法，把規則的條件操作采用模糊集表示，并把這些模糊控制規則及有關的信息作為知識存入計算機知識庫中，然后計算機根據控制系統的實際響應情況（專家系統的輸入條件）運用模糊推理，即可實現對PID參數的最佳調整，這就是模糊自適應PID控制。

　　PID參數模糊自整定是找出PID的3個參數與e和ec之間的模糊關系，在運行中通過不斷的檢測e和ec，根據模糊控制原理來對3個參數進行修改，以滿足不同的e和ec時對控制參數的不同要求，而使被控對象有良好的動、靜性能。模糊控制設計重點在于總結設計人員的技術知識和實踐經驗，建立合適的模糊控制規則表，得到針對kp，ki，kd這3個參數分別整定的模糊控制表。kp，ki，kd的模糊控制規則表建立好后，根據如下方法進行kp，ki，kd的自適應校正。將系統誤差e和誤差變化率ec變化范圍定義為模糊集上的論域。e，ec={－5，－4，－3，－2，＋1，0，1，2，3，4，5}其模糊子集為e，ec={NB.NM.NS，O，PS，PM，PB}，子集中元素分別代表負大，負中，負小，零，正小，正中，正大。設e，ec和kp，ki，kd均服從正態分布，因此得到各模糊子集的隸屬度賦值表和各參數控制模型，應用模糊合成推理設計PID參數的模糊矩陣表，帶入以下公式。

　　kp=kpp+{ei，eci}pki=kip+{ei，eci}Ikd=kdp+{ei，eci}d3PC機軟件溫度控制器和PC上位機采用RS232串口進行數據傳輸，由于目前很多計算機已經沒有了串口，在溫度控制器上加裝了USB芯片，實現溫度控制器和PC之間的高速通訊。利用VC.NET設計了人機界面其主要功能通過以下幾個控件實現：目標溫度設定文本框、溫度設定確認按鈕、溫度數據讀取按鈕、溫度曲線顯示按鈕、專家數據導入。如、所示。上位機界面溫度曲線RS232串口通訊程序采用利用Microsoft公司提供的ActiveX控件MicrosoftCommunicationsControl實現。設定傳輸方式為9600，N，8，1，采用9600的波特率。這里的波特率必須和單片機的設置一致否則無法通訊。單片機作為核心器件設計的溫度控制器的主要特點是降低了溫度控制器的成本，在單片機上利用C語言實現了模糊自整定PID算法，利用串口實現了現場設備和PC機的數據交換。