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1．3 数字量输出控制模块
数字量输出控制模块采用Witium生产的WT-ADC216F分布式模块。WT-ADC216F模块的处理器采用ST公司生产的COTEX—M3内核STM32F103。该模块具有八路继电器输出、一路RS485支持MODBUS RTU标准通信协议。该模块为工业级产品，广泛用于工业现场数字量输出控制，如报警灯控制或大功率固态继电器开关。
本方案通过WT-ADC216F模块的RS485接口接收人机界面送来的控制信号，经过本模块的继电器输出控制大功率固态继电器，从而控制现场380 V加热丝的加热状态。
1．4 模拟量采集模块
模拟量采集模块采用台湾巨诺公司生产的双回路AD模块，此模块专门用于铂电阻温度采集并转换成数字量，广泛应用于工业场合。具有两个模拟量(铂电阻)输入通道、一路RS485 Modbus RTU通信接口、16位高精度AD转换、符合工业标准EMC规范。
本设计方案通过此AD模块采集现场铂电阻温度模拟量，转换成16位精度的数字量，通过RS485 MODBUS通信协议发送到远程控制柜的触摸液晶屏主控模块，进行温度采集及运算。
2 软件设计
本系统方案中软件设计主要在触摸液晶屏主控模块内，包括嵌入式WINCE操作系统、驱动及应用程序，而应用程序包括：图形交互界面、RS485通信协议、模糊PID控制算法。
WinCE操作系统广泛应用于工业现场，适合本控制系统。系统软件框图如图3所示。
2．1 WINCE操作系统功能定制及驱动程序设计
WINCE操作系统及驱动程序是基于底层的中间层，是对应用程序层提供的一个软件开发平台。本方案WINCE操作系统定制及驱动程序设计是基于微软提供的标准BSP包，然后根据触摸液晶主控模块的硬件需求修改及添加BSP包的内容。其中设备驱动添加了RS485通信、液晶屏及触摸屏驱动；配置文件修改了部分环境变量及．bib文件。
2．2 图形交互界面程序的实现
图形交互界面程序采用EVC进行开发，EVC是WINCE操作系统开发图形交互界面的集成开发环境。本系统的图形交互界面设计采用微软的MFC框架，使用MFC及ATL库提供的一组可重用通用类、继承或间接派生类协肋开发，生成界面主体框架。图形交互界面程序主要完成了4路温度采集值显示、用户设定的4路温度控制值、温度数据历史记录保存及查询、历史记录文件读取、四路温度控制实时曲线显示、超温报警灯显示等。
2．3 RS485通信协议、模糊PID控制算法
本系统RS485通信协议采用标准的MODBUS RTU通信协议，其通用性强，应用广泛。由于AD采集及数字量输出模块软件已设计为MODBUS从机模式，因此触摸液晶主控模块的通信程序为主机模式，其通信指令主要有向从机读取温度数据、向从机输出数字量控制信息等。
本系统的智能温度控制体现在温度模糊PID控制算法上。
本系统应用现场及控制对象为大炉温度，该类型的被控对象会随着季节的变化出现控制效果的变化，用经典法来预测PID会存在不可靠现象，系统工程师可以经过一段时间到现场进行维护或写入经验值，系统也可以定期自整定PID。但是这些方法都会产生高昂的维护费用、同时也会打断产线的正常生产。因此本系统引入模糊PID控制算法，对经典PID的3个系数加入模糊算法控制，从而对大炉温度控制对象进行模糊控制，解决因季节或环境变化导致控制效果不理想的问题。
一般增量式PID的经典公式：
软件实现：Kp*Error+Ki*SumError+Kd*dError
加入模糊控制之后，kp，ki，kd的值会随着环境的变化而发生细微改变而非一成不变。
加入PID之前，控制系统的传递函数是：1／(s2+23s)。 |
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