李爽

摘要：本文講的是通過單片機對塑料包裝機進行模糊控制，因為它在溫度控制方面有精度高，測試溫度平穩(wěn)的特點，它采用的是熱電偶溫度測量方法。塑料包裝機封口溫度控制應用當中取得了較好的控制效果，有較好的實用前景。

關(guān)鍵詞：塑料包裝機溫度模糊控制熱電偶單片機

0 引言

塑料包裝機對封口的溫度要求是十分高的，過高的溫度或者過低的溫度都會對產(chǎn)品造成傷害，所以我們對塑料包裝機封口的溫度要求十分嚴格。使用單片機對塑料包裝機封口溫度進行模糊控制取得了很好地效果。溫度控制的精度高，溫度的控制也很平穩(wěn)。

1 系統(tǒng)的構(gòu)成

圖1是單片機對封口溫度進行模糊控制的原理圖，它的整個裝置是由四個部分組成，有熱電偶測溫的部分，有輸出控制部分還有模糊控制部分。其中單片機擁有很好地系統(tǒng)裝置，包括它采用的是Atmel的AT89C51，4K的FLASH程序存儲器，128字節(jié)的RAM，32根I/O口線和2個16位定時器1個串行口，他的指令系統(tǒng)是很強的，而且擁有良好的開發(fā)工具，能夠很好的完成對封口溫度的控制。傳感器用的是熱電偶，模糊控制用的參數(shù)就是參考它測出來的數(shù)據(jù)，之后通過模糊算法算出輸出量，原理是通過對加熱功率的調(diào)節(jié)，來調(diào)節(jié)封口的溫度。

2 溫度的精確測量

在對包裝機的溫度控制中，熱電偶的應用十分廣泛，因為它不僅測出來的溫度范圍廣，而且本身機器的結(jié)構(gòu)簡單易懂，但是熱電偶也有缺點，比如它的輸出非線性，導致它所測出的溫度與熱電偶本身冷端的溫度可能出現(xiàn)重合等。溫度的測量的配置也是很齊全的，有信號儀用放大器，多路開關(guān)，還有冷端測試電路和A/D轉(zhuǎn)換器，可見圖2， A/D轉(zhuǎn)換電路用的是12位的A/D轉(zhuǎn)換器；儀用放大器采用的是高精度的AD620N；而冷端溫度測試系統(tǒng)采用的是AD590傳感器。

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熱電偶輸出μV信號， 經(jīng)過多路開關(guān)，有儀用放大器兩道工序，在經(jīng)過轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，就可以得出熱電偶的電勢值E(t，t0)，最后經(jīng)過AD590傳感器，可以測出熱電偶的冷端溫度值t0。通過這種方法測出溫度，能夠在較大的溫度范圍內(nèi)測出溫度。

3 基本模糊控制的結(jié)構(gòu)與算法

在我們測出精確溫度值之后，需要完成的是對包裝機封口的溫度控制，這需要好的控制算法，本裝置使用模糊控制來對溫度進行控制。

3.1 模糊化 在整個配置中，很重要的模糊化控制溫度就是使我們輸入的精確值成為整個論域的元素，方法就是把精確值離散化。然后我們需要輸入另外一個量，這個量可以通過計算我們需要的溫度與熱電偶測出的溫度差來獲得，即為E，E的變化率ΔE=dEdt是我們需要設定的另一個控制量。關(guān)于脈沖寬度調(diào)制電路的輸出我們可以用輸出量U來控制，PWM通過輸出相應的脈寬的脈沖對加熱功率達到控制的目的。

3.2 隸屬度函數(shù)和語言變量的確定 本裝置把差值變量，差值變化率，輸出的控制量的模糊量的語言值分成7個檔，用符號來描述就是NB、NS、NM、ZE、PM、PB、PS，用漢字來表示的話就是零檔、正大中小三檔、負大中小三檔。三角形波形的隸屬函數(shù)可以用來對模糊子集的隸屬度函數(shù)來賦值，以下圖3就是輸出和輸入的模糊子集的隸屬函數(shù)。

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3.3 模糊控制規(guī)則的設計 關(guān)于模糊控制器的控制規(guī)則，我們依據(jù)的是系統(tǒng)的階躍信號的響應情況確定的，這是一種人工的控制經(jīng)驗，下面的表1就是我們根據(jù)這個信號響應制定的模糊控制規(guī)則表。模糊控制是對系統(tǒng)的一種控制方法，是模糊系統(tǒng)的一種模糊關(guān)系，通過矩陣R我們就可以求出模糊關(guān)系，這個系統(tǒng)規(guī)則總共有49條。

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3.4 模糊推理 在整個系統(tǒng)過程中，因為我們需要處理的是溫度，所以不需要反映十分迅速，因此可以使用推理的方法來對模糊控制實施實時處理，也就是說采用模糊化的處理辦法然后進行規(guī)則計算到最后進行處理的過程。

4 輸出控制

我們的包裝機對封口的加熱功率采用的是可控硅器件。使用可控硅器件調(diào)節(jié)加熱功率的觸發(fā)有過零觸發(fā)和移相觸發(fā)兩種。為了減少可控硅使用移相觸發(fā)方式調(diào)節(jié)功率引起的弊端，我們采用的是過零觸發(fā)方式。對過零觸發(fā)調(diào)節(jié)加熱功率我們可以采用他的雙向固態(tài)繼電器。用過零觸發(fā)的固態(tài)繼電器來控制其加熱功率，我們采取的是控制其導通周波數(shù)的方法。對于控制輸出交流電的周波數(shù)我們可以使用固態(tài)繼電器的電平。雙向固態(tài)繼電器的周波時間長為10ms，而交流電的頻率為50hz，所以為了能夠控制加熱功率，我們可以通過控制電平寬度的方法來控制周波數(shù)。模糊控制算法的控制值U決定了所加的有效電平的寬度，如果脈沖寬度為10ms，pwm信號的輸出的周期為1s的話，也等同于用100個周波數(shù)，1%的分辨率，這種輸出速度和分辨肯定能夠達到對封口加熱功率的控制。在整個包裝的封口設置上，常采用2到6個分段加熱結(jié)構(gòu)，這樣有利于對每一個分段的控制，因為每個分段都安有熱電偶與加熱器，所以在運用單片機進行控制的時候，可以看情況來調(diào)節(jié)任何一個分段的溫度值，然后使用模糊控制內(nèi)核來進行模糊控制。也因為有2到6個分段加熱機構(gòu)所以PWN的輸出電路也有2到6路，對每個的固態(tài)繼電器的導通情況進行實時控制。因為整個系統(tǒng)中PWN的輸出速度低，而AT89C51單片機也沒有帶有它的軟件，所以我們要采用單片中的定時器的斷用軟件方法來進行調(diào)節(jié)。比如6路PWM的輸出就可以使用系統(tǒng)定時器終端的額10ms進行定時，可以參見圖4，使用的時候，把每個分斷路輸出的pwn值填到已經(jīng)預定好的R0-PWM至R5-PWM每個單元里面，指定脈寬的脈沖信號可以從單片機的p1口輸出，達到控制每個分段路固態(tài)繼電器接通和中斷的目的

5 結(jié)束語

事實上整個包裝機的溫度控制是在單片機的控制下，軟件使用費的是模塊結(jié)構(gòu)的編制，有利于對機器維修和調(diào)試。主程序主要是為了對單片機系統(tǒng)初始化，具體包括多串行口、定時器、I/O等的初始化，也包含設置系統(tǒng)工作默認值等其他的工作。在使用機器時，封口的溫度可以根據(jù)鍵盤自行設定，鍵盤設定好的工作攢出都會記錄在EEPROM中，機器會根據(jù)這些參數(shù)來對溫度進行調(diào)節(jié)。

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