目录
1 意义与要求 (1)
1.1 实际意义 (1)
1.2 技术要求 (1)
2 设计内容及步骤 (1)
2.1 方案设计 (1)
2.2 详细设计 (2)
2.2.1 主要硬件介绍 (2)
2.2.2 电路设计方法 (3)
2.2.3 绘制流程图 (6)
2.2.4 程序设计 (7)
2.3 调试和仿真 (7)
3 结果分析 (8)
4 课程设计心得体会 (9)
参考文献 (10)
附录 (11)
电加热炉温度控制系统设计
1 意义与要求
1.1 实际意义
在现实生活当中，很多场合需要对温度进行智能控制，日常生活中最常见的要算空调和冰箱了，他们都能根据环境实时情况，结合人为的设定，对温度进行智能控制。工业生产中的电加热炉温度监控系统和培养基的温度监控系统都是计算机控制系统的典型应用。通过这次课程设计，我们将自己动手设计一个小型的计算机控制系统，目的在于将理论结合实践以加深我们对课本知识的理解。
1.2 技术要求
要求利用所学过的知识设计一个温度控制系统，并用软件仿真。功能要求如下：
（1）能够利用温度传感器检测环境中的实时温度；
（2）能对所要求的温度进行设定；
（3）将传感器检测到得实时温度与设定值相比较，当环境中的温度高于或低于所设定的温度时，系统会自动做出相应的动作来改变这一状况，使系统温度始终保持在设定的温度值。
2 设计内容及步骤
2.1 方案设计
要想达到技术要求的内容，少不了以下几种器件：单片机、温度传感器、LCD显示屏、直流电动机等。其中单片机用作主控制器，控制其他器件的工作和处理数据；温度传感器用来检测环境中的实时温度，并将检测值送到单片机中
进行数值对比；LCD显示屏用来显示温度、时间的数字值；直流电动机用来表示电加热炉的工作情况，转动表示电加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断电停止加热。
整体思路是这样的：首先我们通过按键设定所需要的温度值，然后利用温度传感器检测电加热炉的实时加热温度，并送至单片机与设定值进行比较。若检测值小于设定值，则无任何动作，电加热炉继续导通加热；若检测值大于设定值，则单片机控制光电耦合器导通，继电器动作，电加热炉断电停止加热。一旦炉温低于设定值，单片机又控制光电耦合器断开，继电器开关分离，电加热炉开始导通加热。这个过程中所设定的温度值和传感器检测到得温度值都要在LCD显示屏上显示出来，以方便操作人员观察。另外，还可以加上时钟模块，以方便计时。
这个设计思路相对比较简单，利用所学过的知识容易实现，加上光电耦合器用于隔离强电和弱电，比较安全，正好符合我们自动化专业用弱电控制强电的目的，正所谓学以致用。
2.2 详细设计
2.2.1 主要硬件介绍
1．单片机
这里选用AT89C51单片机作为控制系统的处理器。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。
2．温度传感器
温度传感器有很多种型号，这里我选用DS18B20温度传感器。数字温度传感器DS18B20具有独特的单总线接口方式，支持多节点，使分布式温度传感器设计大为简化。测温时无需任何外围原件，可以通过数据线直接供电，具有超低功耗工作方式。测温范围为-55到+125摄氏度，可直接将温度转换值以16位二进制数字码的方式串行输出，因此特别适合单线多点温度测量系统。由于传输的是串行数据，可以不需要放大器和A/D转换器，因而这种测温方式大大提高了各种温度测控系统的可靠性，降低了成本，缩小了体积。
3．开关器件
由于单片机与电动机之间需要用开关器件连接，并且前者用弱电控制，后者由强电控制，这就尤其需要注意安全问题。于是我想到了在课本中学过的高性能安全开关器件光电耦合器。光电耦合器是由一个发光器件和和一个光电转换器件组成，这里所用的光电耦合器OPTOCOUPLER-NPN是由一个发光二极管和一个光敏晶体管所组成。当发光二极管发光，就会使得光敏晶体管导通，继电器通电动作，将开关吸合，电动机回路断开。
2.2.2 电路设计方法
1．显示部分电路
显示电路截图如下图所示。
图2.1 显示部分电路图
这里我选用LCDLM016L液晶显示屏作为系统的显示器件，如图所示，LCDLM016L采用标准的16脚接口，仿真时隐藏了背光正极和背光负极两个引脚。它通过D0-D78位数据端来与单片机进行数据和指令传输，这里我们将它与单片机的P0口连接。
在显示屏上显示的内容包括设定的温度值SET、传感器检测到的环境温度SA以及时钟，这个时钟是可以调整的，这样方便工作人员在对系统进行操作时有一个时间概念。
2．温度检测电路
温度传感器与单片机的连接情况如下图所示。
图2.2 温度检测电路图
温度传感器18B20将检测到的环境实时温度进行A/D转换和放大，然后串行送入单片机P1.7口，便于单片机将此数值与设定的温度值进行比较，然后先做出相应反应。在仿真时，我们只能通过按18B20上的加减按钮来调节实时温度，是一个模拟的过程。
3．键盘电路
键盘电路如下图所示。
图2.3 键盘电路图
这里减排设计得比较简单，“MS”键是切换调整对象的，调整对象包括时、分、温度设定值三项，“+”键是向上加调整对象的值，“—”键是向下减调整对象的值，“ON/OFF”键是打开和关闭系统自动调节功能的开关键。
4．电气开关及工作电路
电器开关及工作电路如下图所示。
图2.4 电气开关及工作电路图
如图所示，光电耦合器1脚接电源，2脚接单片机P3.7脚。工作过程用以下三个阶段来描述：
（1）单片机将温度传感器送入的值与设定值进行比较，若送入值小于设定值，则P3.7脚保持高电平，这样发光二极管不发光，光敏晶体管保持高阻态，继电器也不会工作，电动机和灯泡维持导通，相当于电炉继续加热，指示灯亮；
（2）一旦送入值比设定值大，单片机将会控制P3.7脚变为低电平，发光二极管导通发光，光敏晶体管受光照影响导通，继而继电器工作，电磁铁将单刀双掷开关吸向左端，使电动机和灯泡同时停止工作，这就相当于电炉断电，停止加热；
（3）电炉短路一段时间后，必然导致炉温降低，而温度传感器DS18B20在不间断地检测炉温，当检测值低于设定值后，单片机又控制P3.7脚恢复高电平，光电耦合器恢复高阻态，继电器断电，单刀双掷开关被弹回右端，电动机和灯泡又开始工作，这相当于电炉从新开始加热。
由于整个程序工程量比较大，我采用模块化设计方法来设计这个程序。首先定义在后面将会用到的变量，不可能一次定义准确，所以边定义边补充。然后编写子函数，包括LCM初始化子函数、显示指定坐标的一个字符子函数、ds18b20初始化函数、ds18b20延迟子函数、读取ds18b20当前温度子函数、液晶显示子函数、键盘扫描子函数、设定工作模式子函数、按键加法子函数、按键减法子函数、24C02读写驱动程序、定时器t0中断子函数等子程序，最后是主函数。
2.3 调试和仿真
在Keil软件中编写完程序后，编译生成.Hex文件，单片机可以执行.Hex 文件。在Protues软件中，给单片机加载所生成的.Hex文件，按下运行按钮，系统开始仿真。系统仿真截图如下图所示。
图2.5系统仿真图（一）
上一张是当温度采样值小于设定值，电热炉处于工作状态时的仿真截图。以下这张是当温度采样值高于设定值后，系统自动做出反应，使电热炉断电停止工作的仿真截图。
图2.6系统仿真图（二）
3 结果分析
由以上仿真结果可以知道，此次的设计基本成功。当采样温度低于设定值的时候，系统不会对电热炉做出相应动作，电热炉保持加热。一旦采样温度高于设定值，系统就会做出反应，使电加热炉断电停止加热。当温度降下来后，系统又会自动控制电加热炉重新开始加热。系统的反应速度也是十分精确的，会在很短的时间内作出相应动作。另外，由于在电路中加入了EPROM24C02，使得该系统具有掉电保护功能，来电后自动恢复正常工作。除此之外，该系统还有一个比较实用的小功能—电子钟，这样的话工作人员可以利用它准确掌握系统已经工作的时间，也就是说可以把它当做一个定时器来用。在安全保护方面，该系统也有相当不错的表现，由于使用了光电耦合器和就电磁继电器，将强电部分和弱电部分充分隔离，十分安全。综合以上分析，该系统的设计十分成功。
4 课程设计心得体会
一个星期很快就过去了，计算机控制技术课程设计也告一段落。本次课程设计，我的题目是《设计一个电加热炉温度控制系统》。说到电加热炉，我们都比较熟悉，在日常生活中我们经常用到，特别是冬天用它来煮火锅。我们也会发现这样一个问题，一般的电加热炉是没有温度自动控制的，当温度上升到我们需要的程度时，它仍然继续加热，这不仅会影响到加热效果，还会造成电能的浪费。那么就有必要设计一种能自动调节炉温的系统，把它应用到日常生活中，将会给人们带来极大的方便。
在设计的过程中，我也遇到一些麻烦，比如说怎样来实现电动机回路的自动通断调节、怎样来实现时钟的调整等等，这些问题都令我十分棘手。通过去图书馆查阅相关资料和上网搜索各硬件的原理以及应用，我最终都一一解决了这些问题。由于我们是三个同学做同一个题目，在设计过程中，我们遇到困难的时候也经常相互讨论，相互请教，最终一起解决问题，在此也感谢我的“战友”们。
总的来说，此次课程设计的过程比较轻松，从拿到问题到彻底解决问题，这是一个令人振奋并享受的过程。经过去图书馆大量的查阅书籍，我也学到了很多在课本上没有的知识，收获颇丰。这段过程让我懂得了一个道理，那就是学生要学的绝对不该仅仅是课本上的东西，有些东西只有走进图书馆，你才可能学习到。也只有这样，我们才能成为一个见多识广、渊博的人。
参考文献
[1] 于海生．微型计算机控制技术．清华大学出版社，2004
[2] 谭浩强．C程序设计（第三版）. 清华大学出版社，2006
[3] 戴焯. 传感与检测技术. 武汉理工大学出版社，2006
[4] 张毅刚. 单片机原理及应用. 高等教育出版社，2003
[5] 柯节成. 简明电子元件器件手册. 高等教育出版社，2005
附录
系统的完整程序如下：
/***********************************************************
电加热炉温度控制系统
问题描述：当温控开关打开时，若测得环境温度大于设定温度，则继电器吸合，电加热炉停止工作；若测得环境温度小于设定温度，则继电器释放，电加热炉继续工作。
***********************************************************/
#include
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define BUSY 0x80 //lcd忙检测标志
#define DATAPORT P0 //定义P0口为LCD通讯端口
#define PLAYE_ADDR XBYTE[0XBFFF] //语音报警地址
sbit RED_ALARM=P1^0; //红色指示灯
sbit WRITE_ALARM=P1^1; //白色指示灯
sbit GREEN_ALARM=P1^2; //绿色指示灯
sbit BLUE_ALARM=P1^3;
sbit P1_4=P1^4; //时钟调整
sbit P1_5=P1^5; //时钟加
sbit P1_6=P1^6; //时钟减
sbit DQ = P1^7; //定义ds18b20通信端口
sbit LCM_RS=P2^0; //数据/命令端
sbit LCM_RW=P2^1; //读/写选择端
sbit LCM_EN=P2^2;
sbit sda=P2^3; //IO口定义
sbit scl=P2^4; //LCD使能信号
sbit ad_busy=P3^2; //adc中断方式接口
sbit RECLED_EOC=P3^5; //ISD1420放音结束查询标志
sbit OUT=P3^7;
uchar ad_data; //ad采样值存储
uchar seconde; //定义并初始化时钟变量
uchar minite;
uchar hour;
uchar mstcnt=0;
uchar temp1,temp2,temp; //温度显示变量
uchar t,set;
uchar K;
bit ON_OFF=0;
bit outflag;
bit write=0;
uchar code str0[]={"--- : : --- "};
uchar code str1[]={"SET: C SA: . C"};
void delay_LCM(uint); //LCD延时子程序
void initLCM( void); //LCD初始化子程序
void lcd_wait(void); //LCD检测忙子程序
void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,uchar BusyC); //写指令到ICM子函数
void WriteDataLCM(uchar WDLCM); //写数据到LCM子函数
void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData) //显示指定坐标的一个字符子函数
void DisplayListChar(uchar X,uchar Y,uchar code *DData);//显示指定坐标的一串字符子函数
void init_timer0(void); //定时器初始化
void displayfun1(void);
void displayfun2(void);
void displayfun3(void);
void displayfun4(void);
void keyscan(void ); //键盘扫描子程序
void set_adj(void);
void inc_key(void);
void dec_key(void);
void delay_18B20(unsigned int i);
void Init_DS18B20(void) ;
uchar ReadOneChar(void);
void WriteOneChar(unsigned char dat);
void ReadTemperature(void);
void ad0809(void);
void playalarm(void);
/*********延时K*1ms,12.000mhz**********/
void delay_LCM(uint k)
{
uint i,j;
for(i=0;i { for(j=0;j<60;j++) {;} } } /**********写指令到LCM子函数************/ void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,uchar BusyC) { if(BusyC)lcd_wait(); DATAPORT=WCLCM; LCM_RS=0; // 选中指令寄存器 LCM_RW=0; // 写模式 LCM_EN=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCM_EN=0; } /**********写数据到LCM子函数************/ void WriteDataLCM(uchar WDLCM) { lcd_wait( ); //检测忙信号 DATAPORT=WDLCM; LCM_RS=1; // 选中数据寄存器 LCM_RW=0; // 写模式 LCM_EN=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCM_EN=0; } /***********lcm内部等待函数*************/ void lcd_wait(void) { DATAPORT=0xff; LCM_EN=1; LCM_RS=0; LCM_RW=1; _nop_(); while(DATAPORT&BUSY) { LCM_EN=0; _nop_(); _nop_(); LCM_EN=1; _nop_(); _nop_(); } LCM_EN=0; } /**********LCM初始化子函数***********/ void initLCM( ) { DATAPORT=0; delay_LCM(15); WriteCommandLCM(0x38,0); //三次显示模式设置，不检测忙信号 delay_LCM(5); WriteCommandLCM(0x38,0); delay_LCM(5); WriteCommandLCM(0x38,0); delay_LCM(5); WriteCommandLCM(0x38,1);//8bit数据传送，2行显示，5*7字型，检测忙信号 WriteCommandLCM(0x08,1); //关闭显示，检测忙信号 WriteCommandLCM(0x01,1); //清屏，检测忙信号 WriteCommandLCM(0x06,1); //显示光标右移设置，检测忙信号 WriteCommandLCM(0x0c,1); //显示屏打开，光标不显示，不闪烁，检测忙信号} /****************显示指定坐标的一个字符子函数*************/ void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData) { Y&=1; X&=15; if(Y)X|=0x40; //若y为1（显示第二行），地址码+0X40 X|=0x80; //指令码为地址码+0X80 WriteCommandLCM(X,0); WriteDataLCM(DData); } /***********显示指定坐标的一串字符子函数***********/ void DisplayListChar(uchar X,uchar Y,uchar code *DData) { uchar ListLength=0; Y&=0x01; X&=0x0f; while(X<16) { DisplayOneChar(X,Y,DData[ListLength]); ListLength++; X++; } } /***********ds18b20延迟子函数（晶振12MHz ）*******/ void delay_18B20(unsigned int i) { while(i--); } /**********ds18b20初始化函数**********************/ void Init_DS18B20(void) { unsigned char x=0; DQ = 1; //DQ复位 delay_18B20(8); //稍做延时 DQ = 0; //单片机将DQ拉低 delay_18B20(80); //精确延时大于 480us DQ = 1; //拉高总线 delay_18B20(14); x=DQ; //稍做延时后如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败 delay_18B20(20); } /***********ds18b20读一个字节**************/ unsigned char ReadOneChar(void) { uchar i=0; uchar dat = 0; for (i=8;i>0;i--) { DQ = 0; // 给脉冲信号 dat>>=1; DQ = 1; // 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(4); } return(dat); } /*************ds18b20写一个字节****************/ void WriteOneChar(uchar dat) { unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i--) { DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay_18B20(5); DQ = 1; dat>>=1; } } /**************读取ds18b20当前温度************/ void ReadTemperature(void) { unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned char t=0; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换 delay_18B20(100); // this message is wery important Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器等（共可读9个寄存器）前两个就是温度 delay_18B20(100); a=ReadOneChar(); //读取温度值低位 b=ReadOneChar(); //读取温度值高位 temp1=b<<4; temp1+=(a&0xf0)>>4; temp2=a&0x0f; temp=((b*256+a)>>4); //当前采集温度值除16得实际温度值 } /***************液晶显示子函数1正常显示*****************/ void displayfun1(void) { WriteCommandLCM(0x0c,1); //显示屏打开，光标不显示，不闪烁，检测忙信号 DisplayListChar(0,0,str0); DisplayListChar(0,1,str1); DisplayOneChar(3,0,hour/10+0x30); //液晶上显示小时 DisplayOneChar(4,0,hour%10+0x30); DisplayOneChar(6,0,minite/10+0x30); //液晶上显示分 DisplayOneChar(7,0,minite%10+0x30); DisplayOneChar(9,0,seconde/10+0x30); //液晶上显示秒 DisplayOneChar(10,0,seconde%10+0x30); DisplayOneChar(4,1,K/10+0x30); //液晶上显示设定的温度DisplayOneChar(5,1,K%10+0x30); DisplayOneChar(11,1,temp1/10+0x30); //液晶上显示测得的温度DisplayOneChar(12,1,temp1%10+0x30); DisplayOneChar(14,1,temp2/10+0x30); if(ON_OFF==0) //若温控标志为0 { DisplayOneChar(14,0,0x4f); // 液晶上显示不控温的标志 DisplayOneChar(15,0,0x46); } else { DisplayOneChar(14,0,0x4f); // 液晶上显示控温的标志 DisplayOneChar(15,0,0x4e); if(outflag==1) DisplayOneChar(0,0,0x7c); else DisplayOneChar(0,0,0xef); } } /************液晶显示子函数2***************/ void displayfun2(void) { WriteCommandLCM(0x0c,1); //显示屏打开，光标不显示，不闪烁，检测忙信号 DisplayListChar(0,0,str0); DisplayListChar(0,1,str1); DisplayOneChar(6,0,minite/10+0x30); DisplayOneChar(7,0,minite%10+0x30); DisplayOneChar(9,0,seconde/10+0x30); DisplayOneChar(10,0,seconde%10+0x30); DisplayOneChar(4,1,K/10+0x30); DisplayOneChar(5,1,K%10+0x30); DisplayOneChar(11,1,temp1/10+0x30); DisplayOneChar(12,1,temp1%10+0x30); DisplayOneChar(14,1,temp2/10+0x30); WriteCommandLCM(0x0f,1); //显示屏打开，光标显示，闪烁，检测忙信号 DisplayOneChar(4,0,hour%10+0x30); } /**************液晶显示子函数3*****************/ void displayfun3(void) { WriteCommandLCM(0x0c,1); //显示屏打开，光标不显示，不闪烁，检测忙信号 DisplayListChar(0,0,str0); DisplayListChar(0,1,str1); DisplayOneChar(3,0,hour/10+0x30); DisplayOneChar(4,0,hour%10+0x30); DisplayOneChar(9,0,seconde/10+0x30); DisplayOneChar(10,0,seconde%10+0x30); DisplayOneChar(4,1,K/10+0x30); DisplayOneChar(5,1,K%10+0x30); DisplayOneChar(11,1,temp1/10+0x30); DisplayOneChar(12,1,temp1%10+0x30); DisplayOneChar(14,1,temp2/10+0x30); WriteCommandLCM(0x0f,1); //显示屏打开，光标显示，闪烁，检测忙信号DisplayOneChar(6,0,minite/10+0x30); DisplayOneChar(7,0,minite%10+0x30); } /**************液晶显示子函数4 *****************/ void displayfun4(void) { WriteCommandLCM(0x0c,1); //显示屏打开，光标不显示，不闪烁，检测忙信号 DisplayListChar(0,0,str0); DisplayListChar(0,1,str1); DisplayOneChar(3,0,hour/10+0x30); 湖南理工学院南湖学院 课程设计 题目：电加热炉温度控制系统设计专业:机械电子工程 组名：第三组 班级：机电班 组成员:彭江林、谢超、薛文熙 目录 1 意义与要求 (2) 1.1 实际意义 (2) 1.2 技术要求 (2) 2 设计内容及步骤 (2) 2.1 方案设计 (2) 2.2 详细设计 (3) 2.2.1 主要硬件介绍 (3) 2.2.2 电路设计方法 (4) 2.2.3 绘制流程图 (7) 2.2.4 程序设计 (8) 2.3 调试和仿真 (8) 3 结果分析 (9) 4 课程设计心得体会 (10) 参考文献 (10) 附录............................................................ 10-27 1 意义与要求 1.1 实际意义 在现实生活当中，很多场合需要对温度进行智能控制，日常生活中最常见的要算空调和冰箱了，他们都能根据环境实时情况，结合人为的设定，对温度进行智能控制。工业生产中的电加热炉温度监控系统和培养基的温度监控系统都是计算机控制系统的典型应用。通过这次课程设计，我们将自己动手设计一个小型的计算机控制系统，目的在于将理论结合实践以加深我们对课本知识的理解。 1.2 技术要求 要求利用所学过的知识设计一个温度控制系统，并用软件仿真。功能要求如下： （1）能够利用温度传感器检测环境中的实时温度； （2）能对所要求的温度进行设定； （3）将传感器检测到得实时温度与设定值相比较，当环境中的温度高于或低于所设定的温度时，系统会自动做出相应的动作来改变这一状况，使系统温度始终保持在设定的温度值。 2 设计内容及步骤 2.1 方案设计 要想达到技术要求的内容，少不了以下几种器件：单片机、温度传感器、LCD显示屏、直流电动机等。其中单片机用作主控制器，控制其他器件的工作和处理数据；温度传感器用来检测环境中的实时温度，并将检测值送到单片机中进行数值对比；LCD显示屏用来显示温度、时间的数字值；直流电动机用来表示电加热炉的工作情况，转动表示电加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断 吉林建筑大学城建学院课程设计报告 题目名称加热炉出口温度控制系统设计院（系）电气工程及其自动化 课程名称过程控制工程课程设计 班级电气13-1 学号 学生姓名 指导教师 起止日期2016.6.20-2016.7.1 成绩 目录 摘要 (Ⅰ) ABSTRACT (Ⅱ) 第1章绪论 (1) 1.1 设计目的 (1) 1.2 设计任务 (1) 1.3加热炉温度控制系统简介 (1) 1.4加热炉温度控制系统的发展 (2) 第2章对象模型建立 (4) 2．1 建立数学模型 (4) 2．2控制系统分析 (5) 第3章系统设备选型 (6) 3.1 测量变送器和传感器的选择 (6) 3.2执行器的选择 (6) 3.3控制器的选择 (6) 第4章控制器参数整定及Simulink仿真 (9) 4.1控制器参数整定 (9) 4.2Simulink仿真 (11) 结论 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 摘要 随着我国国民经济的快速发展，加热炉的使用范围越来越广泛。随着网络技术的发展和整个工厂完全实现两级自动化管理，在过程级上通过相应的终端了解任何一个设备或任何一个装置的控制情况以及生产情况。过程控制系统在加热炉系统中得到广泛的应用，它是加热炉控制系统的重要部分，是对以及控制系统的一个总领和扩充。现代加热炉的生产过程可以实现高度的过程控制，以保证在加热过程中温度的准确控制，这就为工业生产提供了有利条件。加热炉是工业生产中的一个重要装置，它的任务是把原料加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。因此加热炉的温度控制起着举足轻重的作用。 关键词：加热炉；过程控制系统；温度控制 电阻加热炉温度控制精 选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8- 微型计算机控制技术 课程设计 ----电阻加热炉温度控制 学院：信息工程学院 专业班级：自动化0703班 姓名：唐凯 学号：07001139 目录 一、摘要 二、总体方案设计 1、设计内容及要求 2、工艺要求 3、要求实现的系统基本功能 4、对象分析 5、系统功能设计 三、硬件的设计和实现 四、数字控制器的设计） 五、软件设计） 1、系统程序流程图 2、程序清单 六、完整的系统电路图 七、系统调试 八、设计总结 九、参考文献 一、摘要 温度是工业对象中主要的被控参数之一。特别是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID 控制或其他纯滞后补偿算法。 为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。 因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。 二、总体方案设计 设计任务 用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。 1、设计内容及要求 电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。 目录 一、工艺介绍 (2) 二、功能的设计 (4) 三、实现的情况以及效果 (6) 一、工艺介绍 在钢厂中轧钢车间在对工件进行轧制前需要将工件加热到一定的温度，如图1表示其中一个加热段的温度控制系统。在图中采用了6台设有断偶报警的温度变送器、3台高值选择器、1台加法器、1台PID调节器和1台电器转换器组成系统。 利用阶跃响应便识的，以控制电流为输入、加热炉温度为输出的系统的传递函数为： 温度测量与变送器的传递函数为： 由于，因此，上式中可简化为： 在实际的设计控制系统时，首先采用了常规PID控制系统，但控制响应超调量较大，不能满足控制要求。 图1 对如图1所示的加热炉多点平均温度系统采用可变增益自适应纯滞后补偿进行仿真。 加入补偿环节后，PID调节器所控制的对象包括原来的对象和补偿环节两部分，于是等效对象的特性G（s）可以写成： 即补偿后的广义被控对象不在含有纯延迟环节，所以，采用纯滞后的对象特性比原来的对象容易控制的多。 但实际应用中发现，加热锅炉由于使用时间长短不同及处理工件数量不同，会引起特性变化，导致补偿模型精度降低，从而使纯滞后补偿特性变差，很难满足实际生产的稳定控制要求。 为改善调节效果，在控制线路中加入两个非线性单元——除法器与乘法器，构成如图所示的加热炉多点温度控制纯滞后自适应控制系统。 二、功能的设计 1、系统辨识 经辨识的被控对象模型为： 所以，带可变增益的自适应补偿控制结构框图如图 图2 加热炉多点温度控制纯滞后自适应补偿系统控制框图2、无调节器的开环系统稳定性分析 理想情况下，无调节器的开环传递函数为： 上式中所示广义被控对象的Bode图如下图所示。 图3 学号 天津城建大学 过程控制课程设计 设计说明书 某加热炉温度控制 起止日期：2014 年6 月23 日至2014 年6 月27 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 控制与机械工程学院 2014年6月27 日 天津城建大学 课程设计任务书 2013 -2014学年第2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级13电气11班 姓名学号 课程设计名称：过程控制 设计题目：某加热炉温度控制 完成期限：自2014 年6 月23 日至2014 年 6 月27 日共1 周设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 某温度过程在阶跃扰动1/ ?=作用下，其温度变化的数据如下： q t h 试根据实验数据设计一个超调量25% δ≤的无差控制系统。具体要求如下： p （1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型 （12）设计思路 三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004 [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000 [3] 过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：年月日 过程控制系统课程设计 设计题目加热炉温度控制系统 学生姓名 专业班级自动化 学号 指导老师 2010年12月31日 目录 第1章设计的目的和意义 (2) 第2章控制系统工艺流程及控制要求 (2) 2.1 生产工艺介绍 2.2 控制要求 第3章总体设计方案 (3) 3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图 第4章控制系统设计 (5) 4.1 系统控制参数确定 4.2 PID调节器设计 第5章控制仪表的选型和配置 (7) 5.1 检测元件 5.2 变送器 5.3 调节器 5.4 执行器 第6章系统控制接线图 (13) 第7章元件清单 (13) 第8章收获和体会 (14) 参考文献 第1章设计的目的和意义 电加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定 性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。 在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。 这里，给出了一种简单的温度控制系统的实现方案。 第2章控制系统工艺流程及控制要求 2.1 生产工艺介绍 加热炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。 加热炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的加热炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。 本加热炉环节中，燃料与空气按照一定比例送入加热炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给物料。物料被加热后，温度达到生产要求后，进入下一个工艺环节。 加热炉设备主要工艺流程图如图2-1所示。 过程控制系统课程设计报告书管式加热炉温度控制系统设计 学院：自动化 班级：15级自动化4班 指导老师：陈刚 组员： 重庆大学自动化学院 2019年1月 任务分配 过程控制系统课程设计——管式加热炉温度控制系统的设计 目录 任务分配 (2) 过程控制系统课程设计——管式加热炉温度控制系统的设计 (2) 1摘要 (4) 2模型简介 (4) 2.1背景 (4) 2.2模型假设 (4) 2.3系统扰动因素 (5) 3控制方案 (5) 3.1传统PID控制方法 (5) 3.2串级控制系统 (6) 3.3 方案选择 (7) 4串级控制器的设计 (7) 4.1主副控制器设计 (7) 4.1.1主、副回路的设计原则 (7) 4.1.2主、副调节器的选型 (7) 4.1.3主、副调节器调节规律的选择作用 (8) 4.2串级控制器的参数整定 (8) 5系统的仿真和改进 (9) 5.1串级控制系统仿真 (9) 5.2基于Smith预估计补偿器的串级控制系统 (11) 六．总结 (14) 七．参考文献 (15) 1摘要 当今世界，随着市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，作为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈重，无论是在大规模的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等均起十分重要的作用。为了能将课程所学理论知识初步尝试应用于实践。 本设计针对管式加热炉系统的控制问题展开了研究。通过将实际加热炉模型化，通过实验法建立锅炉的数学模型。针对物料温度控制问题，在对比了简单的单回路PID控制方法、串级控制两种方法的优劣性后，选择了串级控制的方法控制物料温度。综合应用过程控制理论以及MATLAB仿真技术，通过经验模型及参数整定，得到系统响应曲线。通过反复实验，调整参数，使控制效果比较理想。 关键词：管式加热炉系统、串级控制、MATLAB仿真 2模型简介 2.1背景 管式加热炉是石油工业中重要装置之一，加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗很大。因此，在设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。 2.2模型假设 管式加热炉的主要任务是把原质油或重油加热到一定的温度，保证下一道工序正常进行。假设有一个加热炉系统，系统参数设定为： 1.物料以恒定速度进入管道，流速为10L/s，管道直径为10cm，不考虑物料浓度变化、压力变化等其他条件。 2.物料在加热炉内的长度为L=5m,假定物料受热均匀，并在t=10s后上升至指定温度。 3.假定燃气混合浓度不变，物料温度上升只受燃料流量影响。 4.不考虑环境温度、燃料值等影响，主要考虑燃料流量的扰动。 第一章系统分析与控制方案的确立 1.系统分析 图1.1所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。 T1出口 支路1 炉膛 支路2 燃料 被加热物料 图1.1加热炉出口温度系统 由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。 2.串级控制系统的设计 加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度为副变量，构成炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统有效地提高控制质量，以满足工业生产的要求，系统的串级控制结构图如图1.2所示。 图 1.2 加热炉出口温度串级控制系统结构图 串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，引起主、副变量偏离设 定值，由主、副调节器通过控制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的 过渡过程。由加热炉出口温度串级控制系统结构图可绘制出其结构方框图，如 图 1.3 所示。 图 1.3 加热炉出口温度串级控制系统结构方框图 (1) 主被控参数的选择 应选择被控过程中能直接反映生产过程中的产品产量和质量，又易于测量 的参数。在加热炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统中加热炉出口温度为系 统的主被控参数，因为加热炉出口温度是整个控制作用的关键，要求出口物料 温度维持在某给定值上下。如果其调节欠妥当，会造成整个系统控制设计的失 败。 (2) 副被控制参数的选择 从整个系统来看，加热炉的炉膛温度虽然不是我们要控制的直接目标，但 是炉膛温度会很大程度上影响出口物料的温度，因此我们选择炉膛温度为副被 控参数。 (3) 控制器的选择 主控制器的选择：主被控变量是工艺操作的主要指标（温度），允许波动的 度 副控制器 调节阀 主控制器 主检测、变送仪表 副检测、变送仪表 炉膛 出口温度 第一章绪论 1.1选题背景及意义 加热炉是利用电能来产生蒸汽或热水的装置。因为其效率高、无污染、自动化程度高，稳定性好的优点，冶金、机械、化工等各类工业生产过程中广泛使用电加热炉对温度进行控制。而传统的加热炉普遍采用继电器控制。由于继电器控制系统中，线路庞杂，故障查找和排除都相对困难，而且花费大量时间，影响工业生产。随着计算机技术的发展，传统继电器控制系统势必被PLC所取代。二十世纪七十年代后期，伴随着微电子技术和计算机技术的快速发展，也使得PLC 具有了计算机的功能，成为了一种以电子计算机为核心的工业控制装置，在温度控制领域可以让控制系统变得更高效，稳定且维护方便。 在过去的几十年里至今，PID控制已在工业控制中得到了广泛的应用。在工业自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）中位居第一。由于其原理简单、使用方便、适应能力强，在工业过程控制中95%甚至以上的控制回路都采用了PID结构。虽然后来也出现了很多不同新的算法，但PID仍旧是最普遍的规律。 1.2国内外研究现状及发展趋势 一些先进国家在二十世纪七十年代后期到八十年代初期就开始研发电热锅炉，中国到八十年代中期才开始起步，对电加热炉的生产过程进行计算机控制的研究。直到九十年代中期，不少企业才开始应用计算机控制的连续加热炉，可以说发展缓慢，而且对于国内的温度控制器，总体发展水平仍不高，不少企业还相当落后。与欧美、日本，德国等先进国家相比，其差距较大。目前我国的产品主要以“点位”控制和常规PID为主，只能处理一些简单的温度控制。对于一些过程复杂的，时变温度系统的场合往往束手无策。而相对于一些技术领先的国家，他们生产出了一批能够适应于大惯性、大滞后、过程复杂，参数时变的温度控制系统。并且普遍采用自适应控制、模糊控制及计算机技术。 近年来，伴随着科学技术的不断快速发展，计算机技术的进步和检测设备及 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日 本科生课程设计（论文）辽宁工业大学 单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：加热炉温度控制器设计 院（系）：电气工程学院 专业班级：电气092 学号： 090303040 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间：2012.06.24-2012.07.06 课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室： 电气工程及其自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号 学生姓名 专业班级 电气092 课程设计（论文）题目 加热炉温度控制器设计 课程设计（论文）任务 高温加热炉利用煤气加热，通过传感器测量温度，四相5V 、1A 步进电机调节阀门来调节进气量。温度控制范围0～1800℃。 设计任务： 1. CPU 最小系统设计（包括CPU 选择，晶振电路，复位电路） 2. 温度传感器及接口电路设计 3. 步进电机驱动电路设计 4. 程序流程图设计及程序清单编写 技术参数： 1．温度控制范围：0-1800℃ 2．工作电源220V 设计要求： 1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、AD 转换器、输出电路等； 2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图； 3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。 进度计划 第1天 查阅收集资料 第2天 总体设计方案的确定 第3-4天 CPU 最小系统设计 第5天 温度传感器及接口电路设计 第6天 步进电机驱动电路设计 第7天 程序流程图设计 第8天 软件编写与调试 第9天 设计说明书完成 第10天 答辩 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 广西工业职业技术学院 设计说明书 课题名称：加热炉温度控制系统设计 姓名：吴雨冬 专业：过程控制 班级：自动化1031 起止日期 2011年12月 1日～2011年 12月30日指导教师：黎鸿坤 广西工业职业技术学院 设计说明书 题目：加热炉温度控制系统设计 目录 前言 (1) 第一章设计的目的及意义 (2) 第二章控制系统工艺流程及控制要求 (2) 2.1 生产工艺介绍 2.2 控制要求 第三章总体设计方案 (3) 3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图 第四章控制系统设计 (5) 4.1 系统控制参数确定 第五章控制仪表的选型和配置 (6) 5.1一体化温度变送器 5.2 DX2000型无纸记录仪 5.3 调节器 5.4 执行器 5.5 电/气阀门定位器ZPD-01 5.6 安全栅 5.7 配电器 5.8 薄膜气动调节阀ZMBS-16K 第六章联锁保护 (11) 第七章系统控制接线图 (12) 第八章收获和体会 (13) 参考文献 前言 在工业中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中温度控制也也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对环境中的温度进行控制。在石油工业中，加热炉尤为重要，加热炉应用非常明显。而对加热炉进行温度控制在整个工艺生产中的重要性尤为突出。 第一章设计的目的及意义 加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。 在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。 内蒙古科技大学 过程控制课程设计论文 题目：钢坯加热炉温度控制系统 学生姓名： 学号： 专业： 班级： 指导教师： 目录 钢坯加热炉温度控制系统设计摘要 (1) 第一章引言 (2) 1.1加热炉温度控制技术的发展 (2) 1.2 加热炉一般结构与控制原理 (3) 1.3加热炉生产工艺 (4) 第二章加热炉温度控制系统 (5) 2.1串级系统控制概述 (5) 2.2 温度控制系统概述 (6) 2.3 加热炉炉温基本控制方案 (6) 2.3.1 炉温基本控制方案一 (6) 2.3.2 炉温基本控制方案二 (7) 2.3.1 炉温控制改进方案 (8) 2.4调节器正反作用的确定 (9) 2.4.1副调节器作用方式的确定 (9) 2.4.2主调节器作用方式的确定 (9) 第三章仪器选型 (10) 3.1温度传感器的选择 (10) 3.2流量变送器的选择 (10) 3.3执行器选择 (11) 3.4调节器的选择 (11) 第四章总结 (13) 参考文献 (14) 钢坯加热炉温度控制系统设计 摘要 加热炉是冶金行业生产环节中重要的热工设备。加热的目的之一是提高钢的塑性。钢在冷态下可塑性很低，为了改善钢的热加工条件，必须提高钢的塑性。一般来说，钢的热加工温度越高，钢的可塑性越好。钢的加热温度越低，加工所消耗的能量越大，轧机的磨损也越快，而且温度过低时还容易发生断辊事故。加热的另外一个目的是使钢的内外温度均匀。由于板坯内外的温差，使得金属内部产生应力，这样经过轧制过程后容易造成质量缺陷和废品。通过加热炉的均热使断面上温差缩小，避免出现危险的温度应力。板坯的加热质量直接影响到钢材的质量、产量、能源消耗以及轧机寿命。正确的加热工艺可以提高钢的塑性，降低热加工时的变形抗力，及时为轧机提供加热质量优良的板坯，保证轧机生产顺利进行。反之，如加热工艺不当，例如加热温度过高，会发生板坯过热、过烧，轧制时就要造成废品。 加热炉的燃烧过程是受随机因素干扰的，具有大惯性、纯滞后的非线性分布参量的随机过程。对于这种复杂的控制对象，即使是经验丰富的操作人员，也很难全面考虑各种因素的影响，准确地控制燃烧过程，造成炉温经常偏高或偏低，这些都严重影响了加热炉加热质量和燃耗，甚至影响正常生产。 加热炉的生产任务是按轧机的轧制节奏将钢材加热到工艺要求的温度水平和加热质量，并在优质高产的前提下，尽可能地降低燃料消耗，减少氧化烧损。连续加热炉的操作水平直接影响产品的质量、产量和生产消耗指标，钢坯的出炉温度要求在 1 150～1 250℃，靠操作工人调节阀门来控制炉温的效果很差，粘钢和硬断轧辊的事故时有发生，而且能源消耗特别大，所以国内外关于加热炉自动控制的研究一直受到重视，发展得比较快，也取得了较为丰硕的成果。 关键字：加热炉、温度控制、过程控制 管式加热炉温度－温度串级控制系统 1设计意义及要求 1.1设计意义 管式加热炉是石油工业中重要装置之一，加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗很大。因此，在设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。 1.2设计要求 1）本课程设计题目为加热炉温度－温度串级控制系统设计，课程设计时间为2周；学生对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。 2）课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括： ① 目录； ② 摘要； ③ 生产工艺和控制原理介绍； ④ 控制参数和被控参数选择； ⑤ 控制仪表及技术参数； ⑥ 控制流程图及控制系统方框图； ⑦ 总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）； ⑧ 课程设计的心得体会（至少500字）； ⑨ 参考文献（不少于5篇）； ⑩ 其它必要内容等。 2方案论证 2.1方案选择 管式加热炉加热炉的工作原理如图1所示。要加热的冷物料从左端的管口流入管式加热炉，而燃料从右端的管口流入管式加热炉的燃烧部分，以供热。经加热的物料从右上端的管口流出，物料出口温度1()t θ为被控参数。 图1 管式加热炉工作原理图 分析管式加热炉的工作过程可知，物料出口温度1()t θ受进入管式加热炉的物料初始温度，物料进入的流量（即物料入口的压强），进入管式加热炉的燃料的流量（也即燃料入口压强），燃料的燃烧值等因素的影响。其中物料进入的流量（即物料入口的压强）和进入管式加热炉的燃料的流量（也即燃料入口压强）是影响物料出口温度1()t θ的主要因素。如果采用单回路控制系统，根据操作量的选取原则，我们可以在物料入口处装上一个调节阀，以控制物料进入的流量；对于进入管式加热炉的燃料的流量，可以使它保持某一恒定值。或在燃料的入口处安装一个调节阀，以控制进入管式加热炉的燃料的流量；对于进入管式加热炉的物料的流量，则可以使它保持某一恒定值。而调节阀的开度大小由安装在物料出口处的温度传感器输出的大小间接控制。它虽然结构简单，实现方便；但不符合生产工艺的要求。因为如果将物料的进入流量进行限定后，则日生产总量也被限定。这显然不符合实际的工业生产情况。在此基础上进行一点改进——不对另一个量进行限制。基于对燃料进入量进行控制的管式加热炉单回路温度控制系统原理图如图2 所示。 图2 管式加热炉单回路温度控制系统原理图 如图2所示的单回路温度控制系统初看起来是可行的。而且它的结构简单，所需的器材少，投入小。也符合工业设 物料出口温度1 ()t θ 1T C 物料入口 燃料 物料出口温度1()t θ 成绩 《计算机控制技术》 课程设计 题目：基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 班级：自动化09-1 姓名： 学号： 2013 年 1 月 1 日 基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 摘要：电加热炉控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。本设计采用PID算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。 电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电。调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节，本设计以AT89C51单片机为控制核心，输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换，输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝。本系统PID算法，将温度控制在50～350℃范围内，并能够实时显示当前温度值。 关键词：电加热炉；PID ；功率；温度控制； 1.课程设计方案 1.1 系统组成中体结构 电加热炉温度控制系统原理图如下，主要由温度检测电路、A/D转换电路、驱动执行电路、显示电路及按键电路等组成。 系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小，温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V 的电压信号送入A/D 转换器使之变成数字量，此数字量通过接口送到微机，这是模拟量输入通道。 2.控制系统的建模和数字控制器设计 2.1 数字PID控制算法 在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。 二○一六～二○一七学年第一学期 信息科学与工程学院课程设计报告书 课程名称： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 二○一六年十月 1. 设计题目 加热炉出口温度控制系统的设计 2. 设计任务 图１所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。 被加热物料 图1 加热炉出口温度系统 但是，由于炉子时间常数大，而且扰动的因素多，单回路反馈控制系统不能满足工艺对炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。 3. 设计要求 1)绘制加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图。 2)以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度的副变量，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统，要求绘制该串级控制系统结构图。 3)假设主对象的传递函数为) 2)(1(1)(01++=s s s G ，副对象的传递函数为) 1(1)(02+=s s G ，主、副控制器的传递函数分别为s K s G c c 21)(11+=，22)(c c K s G =，1)()(21==s G s G m m ，请确定主、副控制器的参数（要求写出详细的参数估算过程）。 4)利用simulink 实现单回路系统仿真和串级系统仿真，分别给出系统输出响应曲线。 一．单回路反馈控制系统的设计 单回路反馈控制系统结构框图 原料出口温度T受进入管式加热炉原料的初始温度和进入流量和燃烧值的影响。在原料流量一定的情况下，在燃料入口处安装一个调节阀，控制进入管式加热炉的燃料流量，调节阀的开度大小由原料出口温度值控制，构成管式加热炉的燃料流量，调节阀的开度大小由原料出口温度值控制，构成管式加热炉出口温度单回路反馈控制系统。 二．串级控制系统的设计 单回路控制系统的控制效果较差，很难达到满意的效果。采用串级控制系统，以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度的副变量，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统。 串级控制系统回路的结构框图 课程设计设计题目: 退火炉温度控制系统 学院： 专业： 班级： 姓名: 学号: 指导老师： 日期: 摘要 退火炉是金属热处理中的重要设备,它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间，然后让其自然冷却。其目的在于消除压力容器的整体压力。提高压力容器的使用寿命。温度是退火炉的主要被控变量,是保证其产品质量的一个重要因素。退火炉温度控制的稳定性和控制精度直接影响产品的质量。 本文以AＴ89Ｃ51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，包括硬件设计与软件设计两部分。硬件设计包括温度检测模块，按键模块,执行模块,LED显示模块,单片机最小系统。本设计要求采用电热丝加热,通过A/D转换将采集到的温度数据输入单片机中，与系统给定值比较,从而对退火炉的温度进行控制,通过按键输入控制信号，三位LED显示炉温。最后设计出最少拍无纹波控制器，通过MATＬAB 仿真检验是否有纹波。 目录 第1章绪论 (3) 1．1设计背景与算法 (3) 第2章课程设计的方案?5 2.１概述?５ 2．2系统组成总体结构 (5) 第3章程序设计与程序清单 (7) 3.1单片机最小系统设计 (7) 3.1．1单片机选择 (7) 3.１.2时钟电路设计 (8) 3.1.3复位电路设计?9 3.２程序清单与电路图 (11) ３.3温度控制电路................................ 错误!未定义书签。第４章控制算法?18 4．1程序框图? 18 4.2算法设计 (19) 第5章课程设计总结?错误!未定义书签。 第1章 绪论 1.1 设计背景与算法 背景:退火炉是冶金和机械行业常用的热处理工业设备。一般说来，退货处理工艺师冶金和机械产品的最后处理工序，它的处理效果将直接影响产品的质量。因此,对退火炉的基本要求就是根据退火处理工艺曲线,提供准确的升温，保温及降温操作，同时保证颅内各处的温度均匀。在目前实际生产中，退火炉的种类很多,按燃料分有燃油炉、燃气炉、电炉等。电炉按台数计算占80％,燃油炉和燃气炉占20%。 退火是金属热处理中的重要工序，它是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间,然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善其塑性和韧性，使其化学成分均匀化，并去除其参与应力,或得到预期的物理性能。温度控制是热处理质量控制的重要技术措施，是退火控制的核心。智能温控将大大提高热处理质量，消除认为的不稳定因素,提高温度控制的精确程度,满足特殊材料的热处理要求。 同时,退火炉采用自动化技术控制温度，对保护生态环境方面也具有重要意义。退火炉的炉温动态特性直接影响产品的质量，生产过程中对钢材的温升曲线有较高的要求,温度过低，达不到退火的预期目的;温度过高将导致过热,甚至过烧。通过对退火炉中生产过程的优化控制和自动工艺管理控制，不但可以缩短生产周期，提高产量和质量,还可以减少人为因素造成的废品率。热处理后产生的废气对自然环境的污染很大,退火炉的燃料如果是欠氧燃烧，燃料燃烧不充分，则会产生大量黑烟，而过氧燃烧又会产生氮氧化合物等有害气体。若通过对燃烧过程进行有效控制,使燃烧在合理的空燃比下运行，则可以极大的减少退火炉对周边环境的污染，对构建科持续发展型社会就有积极的意义。 目前世界各国对能源消耗和大气环境的污染越来越重视,而我国既是钢铁大国又是能源大国，因此研究高性能退火炉温度控制系统具有极为重要的现实意义。 算法:在数字随动控制系统中，要求系统的输出值尽快地跟踪给定值的变化,最少拍控制是满足这一要求的一种离散化设计方法。 最少拍控制是一种直接数字设计方法。所谓最少拍,就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态,是系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。 闭环Ｚ传函具有形式 z z z z N N ---+++=Φφφφ 221)(1 基于单片机的电加热炉温度控制系统设计 王丽华1郑树展2 （1、天津职业大学，天津300402；2、天津航空机电有限公司，天津300123） 摘要：温度控制是工业对象中主要的控制参数之一，其控制系统本身的动态特性属于一阶纯滞后环节。以8051单片机为核心，采用温度变送器桥路和固态继电器控温电路，实现对电炉温度的自动控制。该控制系统具有硬件成本低、控温精度较高、可靠性好、抗干扰能力强等特点。 关键词：电加热炉控温固态继电器飞升曲线 0引言 传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 1电加热炉温度控制系统的硬件设计 电加热炉温度控制系统的硬件由图1所示各部件组成，它以8051单片机为核心，外扩键盘输入和LED显示温度。电加热炉炉内的实际温度由热电偶测量并转换成毫伏级的电压信号，通过温度变送器桥路实现零点迁移和冷端补偿，经运算放大器7650放大到0～5V，再经过有源低通滤波器滤波后，由A/D转换成数字量。此数字量经数字滤波、标度转换后，一方面通过LED将炉温显示出来；另一方面，将该温度值与被控温度值进行比较，根据其偏差值的大小，采用PID控制，通过PWM脉冲调宽功率放大器控制SSR固态继电器来控制电加热炉炉丝的导通时间，就可以控制电炉丝的加热功率大小，从而控制电炉的温度及升温速度，使其逐渐趋于给定值且达到平衡。 1.1 热电偶的选取 热电偶是温度测量传感器，对它的选择将直接影响检测误差的大小。目前多选K型或S 型（镍铬-镍硅）热电偶。两者相比，K型有较好的温度—热电势的线性度，但它不适宜于长时间在高温区适用；S型有高的精度，但温度—热电势的线性度较差。 A/D转换器 图1中A/D转换芯片采用ADC0809，其转换精度是1/256。若电加热炉工作温度是256℃，这样在（0～256）℃范围A/D的转换精度为256℃/256＝1℃/bit，即一个数字量表示1℃，这显然不能满足控制精度为±0.5℃要求。为了提高控制精度，可以选用更高位的A/D转换器，如10位、12位、16位A/D转换器，其控值精度均能满足要求。然而根据实际需要温度控制情况，也可以通过具有零点迁移和冷端补偿功能的温度变送桥路，缩小测温的范围，如 目录 摘要.............................................................................................................................................. - 1 - 绪论 .......................................................................................................................................... - 2 - 第1章单片机对加热炉温度控制的简介...................................................................................... - 3 - 第2章单片机内部结构及引脚作用简介...................................................................................... - 4 - 2.1单片机内部模块 ................................................................................................................ - 4 - 2.1.1 MCS-51单片机内部结构 ........................................................................................ - 4 - 2.1.2 主电源引脚............................................................................................................. - 5 - 2.1.3 外接晶体引脚 ......................................................................................................... - 5 - 2.1.4 MCS-51 输入/输出引脚 ........................................................................................... - 5 - 2.1.5 MCS-51控制线 ...................................................................................................... - 5 - 2.2单片机外总线结构............................................................................................................. - 6 - 2.3 MCS-51单片机系统扩展 .......................................................................................... - 6 - 第三章硬件系统设计.................................................................................................................... - 7 - 3.1 总体设计.......................................................................................................................... - 7 - 3.2 程序存储器的扩展............................................................................................................ - 8 - 3.3温控模块的设计 ................................................................................................................ - 9 - 3.4 8155接口电路 .............................................................................................................- 10 - 3.4.1 8155简介...........................................................................................................- 10 - 3.4.2 8155的RAM和I/O口地址编码 ...........................................................................- 10 - 3.5 A/D转换电路 ................................................................................................................- 11 - 3.5.1引脚结构 ..............................................................................................................- 12 - 3.6 可控硅控制电路 ............................................................................................................- 12 - 第四章软件系统设计...................................................................................................................- 14 - 4.1 主程序 ..........................................................................................................................- 14 - 4.2 T0中断服务程序 ...........................................................................................................- 15 - 4.3 采样子程序 ...................................................................................................................- 16 - 4.4 数字滤波程序................................................................................................................- 17 - 总结.............................................................................................................................................- 19 - 参考文献......................................................................................................................................- 20 - 附录.............................................................................................................................................- 21 - 程序清单...............................................................................................................................- 21 -电加热炉温度控制系统设计
加热炉出口温度控制系统设计
电阻加热炉温度控制
加热炉温度控制系统
某加热炉温度控制 过程控制
加热炉温度控制系统设计
管式加热炉温度控制系统设计
加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计
课程设计(论文)-基于PLC的电加热炉温度控制系统设计
箱式电阻炉及温控系统结构设计
单片(加热炉温度控制器)机
加热炉温度控制系统设计
钢坯加热炉温度控制系统
管式加热炉温度控制与分析
计算机控制课程设计 基于PID算法电加热炉温度控制系统设计
加热炉出口温度控制系统的设计
课程设计退火炉温度控制系统
电加热炉温度控制
基于单片机的温度控制系统设计
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