电阻加热炉温度控制系统设计
摘 要
电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
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；功率；温度范围；PID
一、设计目的
计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自
动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性。
通过这次课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养独立自主、综合分析与创新性应用的能力。
二、设计要求
在本控制对象电阻加热炉功率为800W ，由220V 交流电供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50℃～350℃，保温阶段温度控制精度为±1C °。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压，其对象的温控数学模型为：
1
)(+=
-s T e
K s G d s
d τ
其中：时间常数Td=350s 放大系数Kd=50 滞后时间τ=10s
控制算法选用改PID控制
三、系统方案总体设计
加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。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。
在用PID算法进行控制时，需要对参数进行整定，从达林算法表达式可知，参数的确定十分重要，其大小反映了表达式中差值与输出值的不同权重之分及制约关系。
系统组成总体结构
电加热炉温度控制系统原理图如图2.1，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。
图2.1 电加热炉温度控制系统硬件结构框图
四、控制器设计
控制系统的建模和数字控制器设计
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。
图2.1位置PID 控制算法简化示意图
在数字计算机中，PID 控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，使PID 算法离散化，将描述连续时间PID 算法的微分方程，变为描述离散-时间PID 算法的差分方程。
A T89C51
A/D 转换ADC0809
测量变送 温度检测AD590
驱动执行机构 加热电炉丝
键盘
显示
受控对象
PID 位置算法
r
e
u
y
+
-
∑?
==
k
j i
s j e T T d e T 0
t
)
()(1
ττ
用矩形积分时，有
)]
1()([)(--=
k e k e T T dt
t de T S
D d
（1）
用差分代替微分
))]1()([)(()([)(u k e k e T T j e T T k e K k u S
D k
j i
s p +--+
+
+=∑
= （2）
由上式得
1)]1()([)()()(u u k e k e K k e K k e K k D k
j p +--++=∑= (3)
式中 u 0——控制量的基值，即k=0时的控制；u(k)——第k 个采样时刻的控制；K P ——比例放大系数；K I ——积分放大系数；
I
S P I T T K K =
S
D P D T T K K =
K D ——微分放大系数； T S ——采样周期。
式（3）是数字PID 算法的非递推形式，称全量算法。算法中，为了求和，必须将系统偏差的全部过去值e(j)（j=1，2，3，... ，k ）都存储起来。这种算法得出控制量的全量输出u(k)，是控制量的绝对数值。在控制系统中，这种控制量确定了执行机构的位置，例如在阀门控制中，这种算法的输出对应了阀门的位置（开度）。所以，将这种算法称为“位置算法”。
当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量（例如去驱动步进电 动机）时，需要用PID 的“增量算法”。
由位置算法求出
1
)]2()1()()1([)1(u u k e k e T T j e T T k e K k S
D k j I
S p +---+
+
-=-∑
-=
再求出
y
u
e r
PID 增量算
受控对
-
+
步进电
?
)1()()(--=?k u k u k u
两式相减，得出控制量的增量算法
1
)]1()([)()([)(u k e k e T T j e T T k e K k u S
D k
j I
S p +--+
+
=∑
= (4)
式(4)称为增量式PID 算法。
对增量式PID 算法（4）归并后，得
)2()1()()(210-+-+=?k e q k e q k e q k u (5)
]
1[0S D I
S P T T T T K q ++
=
]2
1[1S
D P T T K q +-=
S
D P
T T K q =2
其中（5）已看不出是PID 的表达式了，也看不出P 、I 、D 作用的直接关系，只表示了各次误差量对控制作用的影响。从式（5）看出，数字增量式PID 算法，只要贮存最近的三个误差采样值e(k)，e(k-1)，e(k-2)就足够了。
五、软硬件设计
硬件的设计和实现
5.1 AT89C51系列基本组成及特性
AT89C51是一种带4K 字节FLASH 存储器（FPEROM —Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
5.2电源部分
本系统所需电源有220V交流市电、直流5V电压和低压交流电，故需要变压器、整流装置和稳压芯片等组成电源电路。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有+-10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。整流装置采用二极管桥式整流，稳压芯片采用7805，配合电容将电压稳定在5V，供控制电路、测量电路和动执行电路中弱电部分使用。除此之外，220V交流市电还是加热电阻两端的电压，通过控制双向可控硅的导通与截止来控制加热电阻的功率。低压交流电即变压器二次侧的电压，通过过零检测电路检测交流电的过零点，送入单片机后，控制每个采样周期内双向可控硅导通正弦波个数的方法来调节加温功率。
5.3温度检测电路
温度检测元件选用温度传感器AD590。AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源。其主要特性如下：
流过器件的电流(μA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数：
Ir/T=1
式中，Ir—流过器件(AD590) 的电流，单位为μA；T—热力学温度，单位为K；
(2) AD590的测温范围为+50℃~+350℃；
(3) AD590的电源电压范围为4～30 V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；
(4) 输出电阻为710 mΩ；
(5) 精度高，AD590在50℃~350℃范围内，非线性误差仅为±0.3℃。
5.4 A/D转换电路
ADC0809是一个典型的逐次逼近型8位A/D转换器。它由8路模拟开关、8位A/D转换器、三态输出锁存器及地址锁存译码器等组成。它允许8路模拟量分时输入，转换后的数字量输出是三态的（总线型输出），可以直接与单片机数据总线连接。ADC0809采用+5V电源供电，外接工作时钟。当典型工作时钟为500KHz 时，转换时间约为128us。要处理好模拟信号与数字信号的双向转换，我们需要一个转换器实现信号的转换，采用ADC0809和DAC0832转换器。ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。DAC0832是8位分辨率的D/A转换集成芯片。
5.5 输出通道设计
输出通道采用过零触发器，由光耦驱动电路和双向可控硅电路组成。
（1）光耦驱动电路
在驱动电路中，由于是弱电控制强电，而弱电又很容易受到强电的干扰，影响系统的工作效率和实时性，甚至烧毁整个系统，导致不可挽回的后果，因此必须要加入抗干扰措施，将强弱电隔离。光耦合器是靠光传送信号，切断了各部件之间地线的联系，从根本上对强弱电进行隔离，从而可以有效地抑制掉干扰信号。此外，光耦合器提供了较好的带宽，较低的输入失调漂移和增益温度系数。因此，能够较好地满足信号传输速度的要求，且光耦合器非常容易得到触发脉冲，具有可靠、体积小、等特点。所以在本系统设计中采用了带过零检测的光电隔离器MOC3061，用来驱动双向可控硅并隔离控制回路和主回路。MOC3061是一片把过零检测和光耦双向可控硅集成在一起的芯片。其输出端的额定电压是400V，最大重复浪涌电流为1.2A，最大电压上升率dv/dt为1000v/us，输入输出隔离电压为7500V，输入控制电流为15mA。
在驱动执行电路中，当单片机的P2.0、P2.1、P2.2发出逻辑数字量为高电平时，经过三极管放大后驱动光耦合器的放光二极管，MOC3061的输入端导通，有大约15mA的电流输入。当MOC306的输出端6脚和4脚尖电压稍稍过零时，光耦内部双向可控硅即可导通，提供一个触发信号给外部晶闸管使其导通；当P2.0、P2.1、P2.2为低电平时，MOC3061截止，双向可控硅始终处于截止状态。
（2）双向可控硅电路
在本设计中，考虑到电网电压的稳定和现在市场上销售的双向可控硅型号，选择了工作电压为400V，通态电流为4A的双向可控硅BT136。利用单片机控制双向可控硅的导通角。在不同时刻利用单片机给双向可控硅的控制端发出触发信号，使其导通或关断，实现负载电压有效值的不同，以达到调压控制的目的。具体如下：
（a）由硬件完成过零触发环节，即在工频电压下，每10ms进行一次过零触发信号，由此信号来达到与单片机的同步。
（b）过零检测信号接至P1.5转换口，由单片机对此口进行循环检测，然后进行延时触发。
5.6 键盘的选取
本系统采用3*3键盘，由单片机I/O口控制，可通过按键设定温度和时间，有的按键在不同情况下可以实现不同功能。
软件设计
初始化程序，中端服务程序，系统主程序
初始化程序
MOV R0，#0A0H;数据存储区首地址
MOV R2，#08H；8路计数器
SETB IT1;边沿触发方式
SETB EA;终端允许
SETB EX1；允许外部中断1中断
MOV DPTR,#OFEF8H;D/A转换器地址
LOOP: MOVX @DPTR,A 启动A/D转换
HERE:SJMP HERE;等待中断
中端服务程序
DJNZ R2,ADEND
MOVX A,@DPTR;数据采样
MOVX @RO,A;存数
INC DPTR;指向下一模拟通道
INC RO;指向数据存储器下一单元
MOVX @DPTR, A
ADEND:RETI
系统主程序
本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。主程序的任务是对系统进行初始化，实现参数输入，并控制电加热炉的正常运行。主程序主要由系统初始化、数据采集及处理、智能推理等部分组成。系统初始化包括设置栈底、工作寄存器组、控制量的初始值、采样周期、中断方式和状态、定时器的工作方式以及8255的初始化、MAX1232的初始化等。数据采集及处理主要包括实时采集电加热炉的炉温信号，计算出实际炉温与理想值的差值以及温差的变化率，并对炉温信号进行滤波和限幅处理。
图4.1系统主程序
控制系统的软件主要包括：采样、标度变换、控制计算、控制输出、中断、
显示、报警、调节参数修改、温度设定及修改。其中控制算法采用数字PID 调节，应用增量型控制算法，并对积分项和微分项进行改进，以达到更好的控制效果。
考虑到电加热炉是一个非线性、时变和分布参数系统，所以本文采用一种新型的智能控制算法。它充分吸取数学和自动控制理论成果，与定性知识相结合，做到取长补短，在实时控制中取得较好的成果。
模数转换模块
ADC0809是一个典型的逐次逼近型8位A/D 转换器。它由8路模拟开关、8位A/D 转换器、三态输出锁存器及地址锁存译码器等组成。它允许8路模拟量分时输入，转换后的数字量输出是三态的（总线型输出），可以直接与单片机数据总线连接。ADC0809采用+5V 电源供电，外接工作时钟。当典型工作时钟为500KHz 时，转换时间约为128us.
（1） 时钟信号：由于ADC0809无片选端，因此电路增加了或非门74LS02，
开始
系统的初始化 温度数据采集及处理
温度值显示
计算温差e （k ）和温差变化率
智能控制算法程序
控制输出
求出输出控制量
？）（0k e
结束
N Y
以便对ADC0809进行读/写控制。单片机采用6MHz/s的晶振，ALE输
出66MHz/s时钟信号，经74LS74触发器2分频，得到500KHz的时钟
信号，与ADC0809的时钟端CLK相连。
（2）通道选择：三位通道选择端ADDA、ADDB、ADDC与数据线P1口的低三位P1.0、P1.1、P1.2相连，用数据线进行通道选择，由P1.0、P1.1、P1.2三位决定选择那一通道。
（3） ADC0809启动：ADC0809的启动端START、地址所存端ALE均为高电平有效。将START和ALE连在一起，与74LS02的输出端相连。或非门
74LS02的两个输入端/WR和P3.5均为低电平时，其输出为高电平，
执行外部I/O口的写操作。
（4）转换数据的读取：当转换结束时，EOC端输出高电平。可用查询和中断的方法进行数据读取处理。输出允许OE端为高电平，8位转换数据
D0~D7输出到数据线上。只有P3.5和/ RD同时为低电平时，OE
端才为高电平。执行外部I/O口读操作/ RD为低电平。
（5）转换结束标志EOC:转换结束标志EOC端经反向器与单片机的/INT1相连，即转换一旦结束，外部中断1则申请中断。
图4.2 A/D 转换结束中断服务程序流程图
D/A 转换和控制
开始
将PSW 压栈 调显示程序
读A/D 结果 置位状态位F0
关闭报警
F0是否等于零
调PID 控制算法程序
报警子程序
PSW 出栈并返回
输出控制量 启动定时器T1
溢出标志TF1是否为零
设定值与AD 结果比较
交流电是否过零 结果=0
结果>or<设定
值的20%
-20%<结果<20%
F0=0
F0=0 N
Y
N
Y
MOV BX.1000H
MOV AL,[BX] ；取换资料
MOV DX,PORTA ；POTRA 为D/A 转换器端口地址 OUT DX,AL
六、仿真及结果分析
采用simulink 仿真，通过simulink 模块实现积分分离PID 控制算示。设采样时间Ts=10s ，被控对象为：
s e
s G s
350110)(10+=
-
Simulink 仿真图如图5-1所示。
图5-1 Simulink 仿真图
选择合适的Kp ，Ki ，Kd 是系统的仿真效果趋于理想状态。MA TLAB 编写程序如下：
clear all; close all; ts=4;
sys=tf([10],[350,1],'inputdelay',10);
dsys=c2d(sys,ts,'zoh');
[num,den]=tfdata(dsys,'v');
kp=13;
ki=0.4;
kd=0.2;
MATLAB仿真波形如图5-2所示。
图5-2 MATLAB仿真波形
七、设计总结
通过为期一周的课程设计，让我学习了很多，也了解了很多，真的可以说是受益匪浅。
此次课程设计中，查阅了很多资料并且对以前学习的专业知识系统并有针对性的复习设计出了自己满意作品，进而得到同学和老师的肯定，也只有这样才能起到此次课程设计的目的。
通过各方面的努力，最终设计出了自己较为满意的系统。虽然这一周过得很辛苦，但是自己付出的努力得到了回报，那种成就感是任何事物都无法代替的。还有在设计过程中，我们积累的经验，对我们以后的学习和工作会有莫大的帮助。
八、参考文献
[1] 《电子技术基础（模拟部分）》，康华光编著，高等教育出版社，2000
[2] 《计算机控制技术》，于海生编著，机械工业出版社，2003
[3] 《传感器与测设技术》，李晓莹编著，高等教育出版社，2002
[4] 《单片机实验与实践》，付家才编著，高等教育出版社，2004
[5] 《MCS-51单片机应用教程》，谭浩强编著，清华大学出版社，2001
温度控制器的设计与制作 一、功能要求 设计并制作一个温度控制器，用于自动接通或断开室内的电加热设备，从而使室内温度达到设定温度要求，并能实时显示室内温度。当室内温度大于等于设定温度时，控制器断 ?时，控制器接通电加热设备。 开电加热设备；当室内温度比设定温度小2C 控温范围：0~51C? 控温精度：≤1C? 二、硬件系统设计 1．硬件系统由七部分组成，即单片机及看门狗电路、温度检测电路、控制输出电路、键盘电路、显示电路、设置温度储存电路及电源电路。 （1）单片机及看门狗电路 根据设计所需的单片机的内部资源（程序存储器的容量、数据存储器的容量及I/O口数量），选择AT89C51-24PC较合适。为了防止程序跑飞，导致温度失控，进而引起可怕的后果，本设计加入了硬件看门狗电路IMP813L，如果它的WDI脚不处于浮空状态，在1.6秒内WDI不被触发（即没有检测到上什沿或下降沿），就说明程序已经跑飞，看门狗输出端WDO将输出低电平到手动复位端，使复位输出端RST发出复位信号，使单片机可靠复位，即程序重新开始执行。（注：如果选用AT89S51，由于其内部已具有看门狗电路，就不需外加IMP813L） （2）温度检测电路 温度传感器采用AD590，它实际上是一个与绝对温度成正比的电流源，它的工作电压为4~30V，感测的温度范围为-550C~+1500C，具有良好的线性输出，其输出电流与温度成正比，即1μA/K。因此在00C时的输出电流为273.2μA，在1000C时输出电流为373.2μA。温度传感器将温度的变化转变为电流信号，通过电阻后转变电压信号，经过运算放大器JRC4558运算处理，处理后得到的模拟电压信号传输给A/D转换部分。A/D转换器选用ADC0804，它是用CMOS集成工艺制成的逐次逼近型模数转换芯片，分辨率8位，转换时间100μs，基准电压0~5V，输入模拟电压0～5V。 （3）控制输出电路 控制信号由单片机的P1.4引脚输出，经过光耦TLP521-1隔离后，经三极管C8550直接驱动继电器WJ108-1C-05VDC，如果所接的电加热设备的功率≤2KW，则可利用继电器的常开触点直接控制加热设备，如果加热设备的功率>2KW，可以继电器控制接触器，由接触器直接控制加热设备。 （4）键盘电路 键盘共有四个按键，分别是S1（设置）、S2（+）、S3（-）、S4（储存）。通过键盘来设置室内应达到的温度，键盘采用中断方式控制。 （5）显示电路 显示电路由两位E10501_AR数码管组成，由两片74LS164驱动，实现静态显示，74LS164所需的串行数据和时钟由单片机的P3.0和P3.1提供。对于学过“串行口”知识的班级，实习时，可以采用串行口工作于方式0，即同步移位寄存器的输出方式，通过串行口输出显示数据（实时温度值或设置温度值）；对于没学过“串行口”知识的班级，实习时，可以采用模拟串行口的输出方式，实现显示数据的串行输出。 （6）设置温度存储电路 为了防止设定温度在电源断电后丢失，此设计加入了储存电路，储存器选用具有I2C总线功能的AT24C01或FM24C01均可。每次通过键盘设置的室内设定温度都通过储存器储存起来，即使是电源断电，储存器存储的设定温度也不丢失，在电源来电后，单片机自动将设
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书 概 述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1 整体设计及系统原 理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2 硬件设 计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.1温度检测电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.2键盘控制和显示电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2.3加热控制电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 3 心得体 会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 参考文 献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书
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
目录 第一章课程设计要求及电路说明 (3) 1.1课程设计要求与技术指标 (3) 1.2课程设计电路说明 (4) 第二章课程设计及结果分析 (6) 2.1课程设计思想 (6) 2.2课程设计问题及解决办法 (6) 2.3调试结果分析 (7) 第三章课程设计方案特点及体会 (8) 3.1 课程设计方案特点 (8) 3.2 课程设计心得体会 (9) 参考文献 (9) 附录 (9)
第一章课程设计要求及电路说明 1.1课程设计要求与技术指标 温度控制器的设计 设计要求与技术指标： 1、设计要求 （1）设计一个温度控制器电路； （2）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （3）撰写设计报告。 2、技术指标 温度测量范围0—99℃，精度误差为0.1℃；LED数码管直读显示；温度报警指示灯。
1.2课程设计电路说明 1.2.1系统单元电路组成 温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。 1.2.2设计电路说明 主控制器：CPU是整个控制部分的核心,由STC89C52芯片连同附加电路构成的单片机最小系统作为数据处理及控制模块. 显示电路：显示电路采用4个共阳LED数码管，用于显示温度计的数值。报警电路：报警电路由蜂鸣器和三极管组成，当测量温度超过设计的温度时，该电路就会发出报警。 温度传感器：主要由DS18B20芯片组成，用于温度的采集。 时钟振荡：时钟振荡电路由晶振和电容组成，为STC89C52芯片提供稳定的时钟频率。
第二章课程设计及结果分析 2.1课程设计 2.1.1设计方案论证与比较 显示电路方案 方案一：采用数码管动态显示 使用一个七段LED数码管，采用动态显示的方法来显示各项指标，此方法价格成本低，而且自己也比较熟悉，实验室也常备有此元件。 方案二：采用LCD液晶显示 采用1602 LCD液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且布线较为简单。 综合上述原因，采用方案一，使用数码管作为显示电路。 测温电路方案 方案一：采用模拟温度传感器测温 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。 方案二：采用数字温度传感器 经过查询相关的资料，发现在单片机电路设计中，大多数都是使用传感器，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 综合考虑，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 2.1.2设计总体方案 根据上述方案比较，结合题目要可以将系统分为主控模块，显示模块，温度采集模块和报警模块，其框图如下：
北华大学 过程控制实习 实习题目：电阻炉温度控制系统 班级学号：_________________________ 姓名：_________________________ 专业名称：_________________________ 指导教师：_________________________ 2014年3月24日
前言 在大二的课程里我们学习了自动控制系统、过程控制工程及工业自动化仪表等课程。我们学习到了许多关于自动控制方面的理论知识，但实践是检验一切真理的标准，只有真真正正的将理论与实践相结合。用理论来指导实践，用实践来检验并完善理论。为了使提高我们的动手能力及理论相结合的能力，学校组织了为期三周的关于电阻炉温度控制系统的生产实习。 生产实习为期三周，分为两阶段。第一阶段为第一周，在这一周里，我们要了解温度控制系统所用到的仪器仪表及理论知识，学习使用组态王这一生产模拟软件并用它将温度控制系统的整个控制过程做成动态模拟动画。第二阶段为第二、第三两周，在这段时间里，我们需要学会PID自整定控制仪、无纸记录仪及可控硅三相调功器的功能、使用方法以及校准。画出整个系统的电气原理图及仪器仪表的电路接线图。利用4:1衰减曲线法来调节PID的控制参数，以实现无偏差控制的控制目标。经过三周的生产实习能够更好的做到学以致用，将理论实际相结合，用理论来指导实践，用实践来完善理论。
目录 第一部分系统简介及工艺流程 (1) 1.1系统简介 (1) 1.2双向可控硅 (2) 1.3三相电阻炉 (3) 1.4K型热电偶 (5) 1.5温度变送器 (9) 1.6无纸记录仪 (10) 1.7工艺流程图 (13) 第二部分零点调整及量程调整 (14) 2.1零点调整 (14) 2.2量程调整 (18) 第三部分静态特性及动态特性 (18) 3.1静态特性及动态特性的定义 (18) 3.2实验步骤 (19) 3.3PID的参数整定口诀 (20) 3.4积分饱和问题 (20) 第四部分参数整定及投运 (22) 4.1在纯比例作用的参数整定 (22) 4.2在比例积分作用下的参数整定 (24) 4.3比例积分微分的参数整定 (25) 4.4系统的投运 (26) 第五部分组态王软件的应用 (27) 5.1组态王软件的简介 (27) 心得体会 (28) 参考文献 (30) 附录一 (31) 附录二 (32) 附录三 (33) 附录四 (34)
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：
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。
高温箱式电阻炉温度控制器介绍 本章主要介绍电阻炉温度过程控制中，常用的位控、晶闸管调节器及变压器等几种控制方法，并对计算机和可编程控制器在电阻炉控制系统中的应用、PID控制原理也作了简单介绍。 电阻炉的温度控制，就是根据实际温度与设定温度的偏差，改变炉子的加热功率，使炉子温度在设定温度范围之内，满足加热工艺要求。加热功率的大小决定了炉子温度的高低和升温速度的快慢，加热功率的稳定性决定了宏达炉业电阻炉温度的稳定性。改变加热功率的方法很多，常见的有位式、晶闸管调节器和电炉变压器控制方式等，采用何种加热方式由炉子的结构、用途和温度的高低决定。 电阻炉的温度控制无论采用哪种控制方式，其控制过程基本是相同的，总是包括温度测量、温度控制器、加热驱动部件、电热元件以及辅助电路等 (1)温度测量。电阻炉的温度测量通常采用热电偶温度传感器和光电高温计，一般情况下采用热电偶进行接触式侧量，当温度较高时则必须选用辐射型光电测温计进行非接触时测量。 (2)温度控制器。温度控制器也就是常说的温度控制仪表，其作用是一方面显示温度传感器或变送器送来的温度信号;另一方面把测量的温度值与设定值进行比较，输出温度控制信号。在电阻炉温度控制中，如果控制精度要求不高，可采用模拟位控温度控制器，否则采用数字式智能温度控制仪表，目前后者应用较多。 (3)加热驱动部件。加热驱动部件起着功率放大的作用，把温度控制信号的变化转换为加热功率的变化，给电热元件加热，达到改变炉子温度的目的。加热驱动部件是影响温度控制方式的主要因素之一，常用的有接触器、固态继电器、晶闸管调节器以及变压器等。 (4)电热元件。电热元件是把电能转化为热能的部件，主要有非金属、金属合金及纯金属三种类型。 (5)辅助电路。辅助电路是指除加热主电路以外的电路，包括辅助装置的动作、工作状态的指示以及安全互锁保护等。
郑州科技学院 《模拟电子技术》课程设计 题目温度控制器 学生姓名 专业班级 学号 院（系）信息工程学院 指导教师 完成时间 2015年12月31日
郑州科技学院 模拟电子技术课程设计任务书 专业 14级通信工程班级 2班学号姓名 一、设计题目温度控制器 二、设计任务与要求 1、当温度低于设定温度时，两个加热丝同时通电加热，指示灯发光； 2、当水温高于设定温度时，两根加热丝都不通电，指示灯熄灭； 3、根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，并写出详细的设计过程； 4、利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单； 5、安装调试并按规定格式写出课程设计报告书. 三、参考文献 [1]吴友宇.模拟电子技术基础[M]. 清华大学出版社,2009.52~55. [2]孙梅生.电子技术基础课程设计[M]. 高等教育出版社,2005.25~28. [3]徐国华.电子技能实训教程[M]. 北京航空航天大学出版社,2006.13 ~15. [4]陈杰,黄鸿.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社,2008.22~25. [5]翟玉文等.电子设计与实践[M].北京:北京中国电力出版社,2005.11~13. [6]万嘉若,林康运.电子线路基础[M]. 高等教育出版社,2006.27 ~29. 四、设计时间 2015 年12月21 日至2015 年12 月31 日 指导教师签名： 年月日
本设计是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、使用寿命长、具有一定的实用性等优点的温度控制电路。本文设计了一种温度控制器电路，该系统采用模拟技术进行温度的采集与控制。主要由电源模块，温度采集模块，继电器模块组成。 现代社会科学技术的发展可以说是突飞猛进，很多传统的东西都被成本更低、功能更多、使用更方便的电子产品所替代，本课程设计是一个以温度传感器采用LM35的环境温度简易测控系统，用于替代传统的低精度、不易读数的温度计。但系统预留了足够的扩展空间，并提供了简单的扩展方式供参考，实际使用中可根据需要改成多路转换，既可以增加湿度等测控对象，也能减少外界因素对系统的干扰。 首先温度传感器把温度信号转换为电流信号，通过放大器变成电压信号，然后送入两个反向输入的运算放大器组成的比较器电路，让电位器来改变温度范围的取值，最后信号送入比较器电路，通过比较来判断控制电路是否需要工作。此方案是采用传统的模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定是否加热。 关键词：温度传感器比较器继电器
目录 概述 (2) 1 整体设计及系统原理 (2) 2 硬件设计 (3) 2.1 温度检测电路 (3) 2.2 键盘控制和显示电路 (5) 2.3 加热控制电路 (6) 3 心得体会 (8) 参考文献 (9)
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计 概述 电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其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。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。此次课程设计温度控制系统的主要技术指标有：温控范围：300C?1000C ；恒 温时间：0?24小时；控制精度：±C；超调量＜1%。 1整体设计及系统原理 本系统由单片机AT89C51、温度检测电路、键盘显示、显示电路、温度控制电路等部 分组成。系统中采用了新型元件，功能强、精度高、硬件电路简单。其硬件原理图如图 1 所示。 在系统中，利用热电偶测得电阻炉实际温度并转换成毫伏级电压信号。该电压信号经过温度检测电路转换成与炉温相对应的数字信号进入单片机，单片机进行数据处理后，通过液晶显示器显示温度，同时将温度与设定温度比较，根据设定计算出控制量，根据控制量通过控制继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。 图1硬件原理图
程序流程图 在系统软件中，主程序完成系统初始化和电炉丝的导通和关断；炉温测定、键盘输入、时间确定和显示、控制算法等都由子程序来完成；中断服务程序实现定时测温和读取时间。流程图如图2所示。 图2总体流程图
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。
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。
电炉温度控制系统设计
摘要 热处理是提高金属材料及其制品质量的重要技术手段。近年来随工业的发展， 对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，加热时恒温过程的测量与控制成为了关键技术，促使人们更加积极地研制热加工工业过程的温度控制器。 此设计针对处理电阻炉炉温控制系统，设计了温度检测和恒温控制系统，实现了基本控制、数据采样、实时显示温度控制器运行状态。控制器采用51 单片机作为处理器，该温度控制器具有自动检测、数据实时采集处理及控制结果显示等功能，控制的稳定性和精度上均能达到要求。满足了本次设计的技术要求。 关键词：电阻炉，温度测量与控制，单片机
目录 一、绪论 ....................................................................................................... - 1 - 1.1 选题背景........................................................................................ - 1 - 1.2 电阻炉国发展动态........................................................................... - 1 - 1.3 设计主要容 .................................................................................... - 2 - 二、温度测量系统的设计要求........................................................................... - 3 - 2.1 设计任务......................................................................................... - 3 - 2.2 系统的技术参数................................................................................ - 3 - 2.3 操作功能设计................................................................................... - 4 - 三、系统硬件设计........................................................................................... - 5 - 3.1 CPU选型........................................................................................ - 5 - 3.2 温度检测电路设计.............................................................................. - 6 - 3.2.1 温度传感器的选择..................................................................... - 6 - 3.2.1.1热电偶的测温原理 ......................................................... - 7 - 3.2.1.2 热电偶的温度补偿......................................................... - 7 - 3.2.2 炉温数据采集电路的设计.......................................................... - 8 - 3.2.2.1 MAX6675芯片.......................................................... - 8 - 3.2.2.2 MAX6675的测温原理................................................. - 9 - 3.2.2.3 MAX6675 与单片机的连接.......................................... - 10 - 3.3 输入/输出接口设计......................................................................... - 10 - 3.4 保温定时电路设计 .......................................................................... - 13 - 3.4.1 DS1302 与单片机的连接....................................................... - 13 - 3.5 温度控制电路设计............................................................................ - 14 - 系统硬件电路图...................................................................................... - 17 - 四、系统软件设计......................................................................................... - 19 - 4.1 软件总体设计 .................................................................................. - 19 - 4.2 主程序设计 ..................................................................................... - 19 - 4.3 温度检测及处理程序设计................................................................... - 20 - 4.4 按键检测程序设计............................................................................ - 23 - 4.5 显示程序设计 .................................................................................. - 25 - 4.6 输出程序设计 .................................................................................. - 27 - 4.7中值滤波 ......................................................................................... - 28 - 五、结论 ..................................................................................................... - 30 - 参考文献 ..................................................................................................... - 31 -
目录 1.原理电路的设计 (11) 1.1总体方案设计 (11) 1.1.1简单原理叙述 (11) 1.1.2设计方案选择 (11) 1.2单元电路的设计 (33) 1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (33) 1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (44) 1.2.3电压表征温度单元 (55) 1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (66) 1.2.5驱动单元——继电器 (88) 1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (99) 1.3完整电路图 (1010) 2.仿真结果分析 (1111) 3 实物展示 (1313) 3.1 实物焊接效果图 (1313) 3.2 实物性能测试数据 (1414) 3.2.1制冷测试 (1414) 3.2.2制热测试 (1818) 3.3.3性能测试数据分析 (2020) 4总结、收获与体会 (2121) 附录一元件清单 (2222) 附录二参考文献. (2323)
摘要 本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339 N为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。 关键词：温度；测量；控制。
Abstract This course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741，NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products. Key words: temperature ; measure ;control
项目九电阻炉温度控制 项目内容： 在现代化的工业生产中，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。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 温度采集采用热电偶，经过变送器后转换为电信号。经过A/D转换器ADC0809转变为数字量。 8031对温度的控制是通过D/A转换实现的。双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周期T内，8031只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率，以达到调节温度的目的。 通常，电阻炉炉温控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。在工业上，偏差控制又称PID控制，这是工业控制过程中应用最广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的效果。
能力目标： 课题1 A-D转换接口技术 课题2 ADC0809的应用技术 课题3 D-A转换接口技术 课题4 TLC5615的应用技术 实践演练： 1．亲手设计调试电阻炉的温度，对炉温的采集，与预设值相比较，对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。 2．动手设计采集A/D转换温度对电炉丝进行控制，从而实现温度的调节。 3．通过该项目的训练，提高学生的实际动手操作能力，养成学生的工程道德观念，建立工程敬业精神和团队合作精神。
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
合肥工业大学 《计算机控制技术》课程设计 ——电阻炉温度控制系统设计 学院专业 姓名 学号_______ ________ _ 完成时间
摘要：电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛。 关键词：炉温控制；高效率；加热 一、总体方案设计 本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而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。 2、工艺要求及要求实现的基本功能 本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度；电炉额定功率为20 kW；）恒温正常工作温度为1000℃，控温精度为±1%；电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性；具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃；具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。 3、控制系统整体设计 电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成。系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器，再根据系统控制要求，选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。控制系统组成框图如图11-1所示。采用热电偶