基于虚拟仪器的加热炉温控系统设计【毕业作品】

毕业设计（论文）题目：基于PLC的加热炉温控制系统设计学院：电子信息学院专业班级：06自动化（2）指导教师：康涛职称：讲师学生姓名：雷颖倩学号：40604010225摘要在现代工业生产过程中，一些温度等作为被控参数的过程，往往其容量滞后较大，控制要求又较高，若采用单回路控制系统，其控制质量无法满足生产要求。

本文针对锅炉的结构特点以及船机控制能够有效的改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等，提出了锅炉温度串级控制的解决方案。

本系统以电加热锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为福被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度控制系统；完成了系统的硬件设计和PLC程序设计。

经过调试，PLC程序实现了数据采集、A/D转换、PID运算和D/A转换等，达到了设计要求。

关键词：锅炉，温度，串级控制，PLC，PIDABSTRACTIn modern industrial production,some course's capacity often lags behind relatively largely,control also expect relatively much regarding temperature,etc,if adopt the controlsystem of single circuit,its quality of control is unable to meet the production requirement.Because the bunches of control can improve the dynamic characteristic of the course effectively,improve operating frequency,reducing the time constant of the equivalent course and accelerating the response speed,etc.This text have proposed one bunch of solutions of control of boiler temperature.This system leaves target of accusing of on boiler with electricity,export water temperature.With boiler for accuse of parameter mainly,regard the burner hearth water temperature as one pair of parameters of accusing of,regard voltage of resistance wire of the heating furnace as the control parameter,regard PLC as the controller, form one bunch of control systems of boiler temperature;Finish the designing of systematic hardware and the program with PLC.Through debugging,PLC procedure has realized the data gathering,A/D changing,PID operation and D/A changing,etc,has reached the designing requirement.KEYWORDS：boiler，temperature，bunches of control,plc,pid前言随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。

基于PID电加热炉温度控制系统设计1概述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。

单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。

采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。

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50~350C，保温阶段温度控制精度为正负1度。

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。

其对象问温控数学模型为：其中：时间常数Td=350秒放大系数Kd=50滞后时间=10秒控制算法选用改PID控制2系统硬件的设计本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成。

系统硬件结构框图如下：图2-1 系统硬件结构框图图2-2 系统电路图2.1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78L05,配合电容将电压稳定在5V，供控制电路、测量电路和驱动执行电路中弱电部分使用。

毕业设计（论文）开题报告课题名称：基于虚拟真实技术的管式加热炉温度过程控制系统学院：信息科学与技术学院专业：自动化姓名： __ 学号：指导教师：二014 年 3 月 4 日基于虚拟真实技术的管式加热炉温度过程控制系统1、背景介绍虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。

下面对这些技术分别加以说明。

相比较而言，利用计算机模型产生图形图像并不是太难的事情。

如果有足够准确的模型，又有足够的时间，我们就可以生成不同光照条件下各种物体的精确图像，但是这里的关键是实时。

例如在飞行模拟系统中，图像的刷新相当重要，同时对图像质量的要求也很高，再加上非常复杂的虚拟环境，问题就变得相当困难[1]。

人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，就形成了一个关于周围世界的整体景象，这个景象中包括了距离远近的信息。

当然，距离信息也可以通过其他方法获得，例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。

在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。

用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。

有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感[2]。

用户（头、眼）的跟踪：在人造环境中，每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态，而用户也是如此。

用户看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。

跟踪头部运动的虚拟现实头套：在传统的计算机图形技术中，视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的，而利用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。

另一个优点是，用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境。

江 苏 技 术 师范 学 院 电气 信 息 工 程 系 （ 苏 常 州 ２ ３ ０ ） 陆 江 １ ０ １
毅
（ ｉ ｇｕＴａｈｒ Ｕ ｉｒ ｔ ｏ ｅｈｏｏｙ Ｊ ｎ ｓ ｈ ｎｚｏ ０ ｈｎ ） Ｌ ｉ Ｊ ｎ ｓ ｅｃｅ ｎｖ ｓｙ ｆＴｃｎｌ ， ｉ ｇｕＣ ａｇｈ ｕ２ ０ ，Ｃ ｉ ａ ｓ ｅｉ ｇ ａ １ １ ３ ａ ｕＹ
将 放 大 后 的信 号 送 至 Ｐ Ｃ机 进 行 相应 的 处 理 。
２ Ｌ ｂ ｉｄ ｗｓ Ｃ 软 件 程 序 的 设 计 ａ ｗｎ ｏ ／ ＶＩ
在以 Ｐ Ｃ机 为 核 心 组 成 的硬 件 平 台 的支 持 下 ， 虚 拟 仪 器 不 仅 可 以通 过 软 件 编 程 设计 来 实现 仪 器 的测 试 功 能 ， 而且 可 以通 过 不 同测 试 功 能 的 软 件模 块 的 组合 来 实 现 多 种 测 试 功 能 。 系 统 的程 序 设计 主要 涉 及 了各 相 应 驱 动 程 序 的 设 计 ，包 括 了
出最 佳 的运 行 方 式 。鉴 于 虚 拟 仪器 技 术 在 国 内外 的广 泛 应 用 及 其
在采 集 测 控 等 方 面 的重 要 作用 ， 系 统 选 择适 合 的 传感 器 ， 理 的 本 合 调 理 模 块 ， 充 分 利 用 Ｌｂ ｉｄｗ ／ Ｖ 强 大 的 数 字 信 号 处 理 库 函 ａｗｎｏ ｓ Ｃ Ｉ
［ 图分 类 号 】Ｍ９ ０ ９ ［ 献标 识 码 】 ［ 章编 号 １０ ０３ ８ （０ ８ ０ ．０ ９０ 中 Ｔ ３． 文 Ｂ 文 ０ —８ ６ ２ ０ ）３０ ６ —３ １
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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。

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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。

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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

中文摘要摘要本论文要做的课题是基于虚拟仪器的加热炉温控系统设计，要求加热炉温度稳定在80℃，允许有±1℃的误差。

本论文采用美国NI公司虚拟仪器开发软件LabVIEW8.5开发出一套低温电加热炉温度控制系统。

系统具体设计方案如下：由传感器测得的炉温信号经过变送环节送给数据采集卡，采集卡对信号进行A/D转换后传输至虚拟仪器，虚拟仪器中的PID算法对信号处理后产生控制信号，再经过采集卡D/A转换后输出控制PWM波产生电路，改变PWM波占空比，产生的PWM波经过光耦MOC3041控制双向可控硅的通断，以此改变加在电阻上的电压，达到温控目的。

本论文首先按照上述设计方案设计了硬件电路，接着进行系统软件的设计。

经过简单的实验，系统可以正常采集数据并显示。

关键词：虚拟仪器，LabVIEW，温控系统，过零调功，PWMIAbstractThe task of this paper is to design a temperature control system based on virtual instrument of the furnace.And the requirements of the furnace temperature is stable at 80℃, allowed error of ± 1℃.This paper adopted LabVIEW8.5, a software to develop the virtual instrument of NI company in America,developed a set of temperature control system of low-power electric heating. The system design are showed as follows: the temperature sensors send the signal of temperature change to the data acquisition card by transmitter, then the signal will be convert to digital signal and be send to the virtual instrument by the data acquisition card , and then the virtual instrument will output control signal after be processed by PID algorithm, and the control signal will be convert to analog signal by the data acquisition card and output to control PWM waves produce circuit to change the duty cycle of PWM waves, then the PWM waves will control the bidirectional thyristor through opticalcoupler MOC3041 to change the voltage in resistance so that the temperature will be changed.This paper designed the hardware circuit in accordance with the above design scheme, followed by the design of the system software. After a simple experiment, the system can acquire and display the datas normally.Key words: virtual instrument, LabVIEW, temperature control system,zero-crossing power adjustment,PWMII目录摘要 (I)ABSTRACT (英文摘要) (Ⅱ)目录 (Ⅲ)第一章绪论 (1)1.1课题的研究的目的和意义 (1)1.2国内外发展状况 (1)1.3本设计要做的工作 (3)第二章虚拟仪器及LabVIEW简介 (4)2.1虚拟仪器的基本概念 (4)2.2虚拟仪器的特点及应用 (4)2.3LabVIEW的含义 (5)2.4LabVIEW的发展 (6)2.5 LabVIEW的结构 (6)2.6LabVIEW的优势 (6)第三章系统总体方案及硬件电路设计 (7)3.1系统总体方案 (7)3.2硬件电路设计 (7)3.2.1 传感器的选型 (7)3.2.2 数据采集卡的选型 (9)3.2.3 PWM波产生电路的设计 (11)3.2.4 交流过零触发PWM脉宽调功原理 (12)第四章温控系统软件设计 (14)4.1登录系统设计 (14)4.2数据采集及处理控制模块的设计 (17)4.2.1 温度信号的采集 (17)4.2.2 采集数据的处理 (19)III4.2.3 PID控制信号的产生 (22)4.3数据存储模块 (24)4.3.1 数据存入文本文件 (24)4.3.2 数据存入TDMS文件 (25)4.4 历史数据查看模块 (26)4.4.1 文本文件查看方式 (26)4.4.2 TDMS文件查看方式 (28)4.5 打印模块 (39)4.6 网络通信模块 (30)4.6.1 DataSocket的数据传输 (31)4.6.2 在Web上发布程序 (33)4.7 加热炉温控系统的集成 (34)总结 (37)参考文献 (38)致谢 (39)IV第一章绪论1.1 课题研究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。

Key words: PLC，Heating furnace，Temperature control system，Automatic control
目
1 1.1 1.2 2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4 3.5 4 4.1
关键字： PLC，加热炉，温度控制系统，自动控制
中 北 大 学 2017 届 毕 业 设 计 说 明 书
Design of Heating Furnace Temperature Control System
Abstract：Modern industry development is becoming more and more automated, and in the automatic control device of programmable controller is widely used, because it is based on the old relay, control technology, communication technology, computer technology into one, at the same time, compared with the traditional teacher relay control, its ability is stronger, the operation is more simple and convenient, safe and reliable, for the long-term continuous work of modern industry regularly, it will be more suitable for the temperature control. This paper mainly through the overall design of the heating furnace temperature control system, choose the best hardware design, the use of software, program flow chart, ideas, text and other aspects detailed introduces the principle of each module, design and application, with the use of control algorithm and program design. Taking PLC as the core, through the PLC programming the temperature control object, can be conveniently designed to meet the temperature requirements of the control system. The SIEMENS S7-200PLC, and programming language design, with automatic control theory, solve the problem of heating furnace temperature control.

基于虚拟仪器技术的锅炉供热自动控制系统作者：赵德永，雷振山职务：讲师，测控教研室主任单位：唐山大学测控教研室应用领域：工业自动化使用的产品：软件：LabVIEW 5.1, LabVIEW Application Builder for, LabVIEW PID Toolkit。

硬件：PCI 6024E, 5B32等。

挑战：使用参数自调节的PID控制技术实现了对燃煤供热锅炉精确的温度控制和燃烧环境的优化。

应用方案：使用目前测控领域的新技术—虚拟仪器技术及LabVIEW软件开发平台的功能和技术特点，结合锅炉供热系统自动控制的特点，开发了一个自适应室外温度的锅炉供热自动测控系统。

介绍：我国北方城市冬季供热期较长，分散式锅炉供热所占比重较大，供热质量的好坏将对减少城市环境污染、节约能源起到重要作用。

从供热的角度考虑，应在节省能源的条件下使用户感到舒适为目标。

为了满足这一要求，可以通过控制锅炉出口的一次高温水的流量和温度，使一次高温水和热交换站交换后的二次低温水的温度随室外温度而变化。

同时，从控制燃烧的角度来看，应在满足供热量的前提下使燃料充分燃烧，达到节煤、节电和减少环境污染的效果。

优化燃烧环境要求燃烧室的含氧量稳定并保持基本恒定的负压值（过大的负压值将造成能量的浪费）。

温度的调节最终是通过控制炉排电机的转速来改变煤层厚度，以此来改变燃料的供给量，并辅之鼓引风量的变化来实现。

利用LabVIEW的CIN模块实现与C语言的接口，将采样数据和系统各电机的运行参数写入数据库，这样可以用VC++的ADO对象管理工程数据库，便于对系统供热的全部历史数据进行统计分析。

锅炉供热自动测控系统的软硬件结构根据测量对象和控制目标确定系统的软硬件结构，控制锅炉运行系统的控制模块和原理如图1和图2所示。

本系统需要采集的信号有室外温度、一次高温水温度、二次供水温度、一次出水压力、一次回水压力、燃烧室温度、燃烧室含氧量、燃烧室负压值。

精品毕业论文下载尽在我的主页天津冶金职业技术学院毕业设计加热炉的温度检测与控制系别：电气系专业：应用电子班级：电子09-2学生姓名：丁晨指导教师：姜老师2012年4月15日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。

而加热炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响这场品的质量和产量。

以前加热炉的控制系统大多数是采用模拟控制系统，且各种数据只在加热炉系统中进行单独储存和通过加热炉自己的仪表进行观察、判断故障。

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的寻妖，要求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。

因此，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，直接关系到产量﹑能源﹑污染﹑工人劳动强度等等。

以前加热炉的控制多数采用老式的人工控制，需要操作人员完全手动控制燃料﹑原料阀的开度，进行烧炉。

这样一来，流量控制的精度极差，操作的及时性也大大降低。

在引入了过程控制系统之后，这一情况得到了大大的改善。

如何保证原料出口处原料温度是实现加热炉温度控制的基本前提。

目录摘要²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²I1 设计的目的及意义²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²12 控制系统工艺流程及控制要求²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²² 2 2.1 生产工艺介绍²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²22.2 控制要求²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²² 33 总体设计方案²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²43.1 系统控制方案²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²² 43.2 系统结构和控制流程图²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²44 控制系统设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²54.1 系统控制参数确定²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²² 55 控制仪表的选型和配置²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²65.1一体化温度变送器²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²6 5.2 DX2000型无纸记录仪²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²65.3 调节器²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²75.4 执行器²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²85.5 电/气阀门定位器ZPD-0²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²95.6 安全栅²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²105.7 配电器²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²105.8 薄膜气动调节阀ZMBS-16K²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²116 联锁保护²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²127 收获和体会²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²138 参考文献²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²141 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。

基于虚拟仪器的温度监控系统设计摘要：本文利用虚拟仪器设计温度监控系统；实现对加热炉温度监控的自动化，介绍了系统的设计原则，软硬件设计方法，做到实时、远程、多点的监控。

通过对数据的保存，能够实现历史数据与实时数据进行比较，作出合理的判断，提高了系统的安全性、方便性。

关键词：虚拟仪器温度控制LabVIEW虚拟仪器技术已成为测试、工业I/O和控制、产品设计的主流技术，本设计利用虚拟仪器设计温度监控系统；实现对炉温监控的自动化。

1、监控系统的选型设计传感器的种类很多，选择跟实验要求相匹配的铂热电阻传感器。

测温电路选择四线制接入测温传感器，恒流源选用三端集成恒流源芯片LM334。

放大电路和滤波器采用三运放集成仪表放大器AD623实现对信号的精确放大，利用RC 电路实现对差分和共模输入信号的低通滤波。

利用数据采集器将采得的数据送入计算机中，利用虚拟仪器强大的软件处理功能实现对温度的控制。

2、系统硬件设计热电阻和集成温度传感器的测温精度、线性度和可重复性都比较好。

这里选用了铂热电阻Ptl00作为测温元件，铂电阻是最常用的热电阻传感器，它具有优良的物理特性，被公认为是温度敏感元件中准确度和重复性的标准校准元件，信号电路的原理图如图1 。

三端可调恒流源器件LM334既可作为恒流器件使用，也可以利用其恒流特性在多个场合做一些特殊使用。

设计为温度传感器，将温度变化转换为电流的变化。

用它作为温度检测装置，其优点是成本低、无需精密电压放大、冷端补偿。

在并联稳压电源中的应用，利用LM334恒流特性的优点不仅能提供稳定电压，而且能够快速提供电流。

有源滤波器的滤波特性比无源滤波器的滤波效果要好。

但一阶低通有源滤波器的滤波特性与理想的低通滤波器特性相比，差距很大。

为了使滤波特性更接近于理想情况，可以采用二阶低通有源滤波器。

本设计中，放大电路是核心部分，要求放大器能对被测信号进行低失调、低漂移的线性放大。

采用三运放集成仪表放大器AD623来实现对信号的精确放大，AD623的输入阻抗和共模抑制比都非常高，可有效抑制共模信号，放大差分输入信号。

加热炉温度控制系统毕业论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 研究的主要容 (1)1.3 系统的设计目标及技术要求 (1)1.4 控制系统的设计原理 (2)1.5 技术综述 (2)第2章硬件设计 (4)2.1 西门子S7- PLC (4)2.1.1 西门子S7-200主要功能模块介绍 (4)2.1.2 开关量I/O模块介绍 (5)2.2 温度传感器 (5)2.2.1 热电偶 (6)2.2.2 热电阻 (6)2.3 模拟量输入模块 (8)2.3.1 EM231模拟量输入模块 (8)2.3.2 EM232模拟量输出模块 (10)2.4 可控硅电压调整器 (11)2.4.1 可控硅电压调整器简介 (11)2.4.2 可控硅电压调整器的主要性能指标 (12)2.4.3 双向可控硅交流调压原理 (12)2.4.4 可控硅电压调整器在加热炉中的应用 (13)2.5 本章小结 (14)第3章炉温PID控制算法 (15)3.1 PID控制器基本概念 (15)3.2 PID控制算法数字化处理 (16)3.3 PID在PLC中的回路指令 (19)3.4 模拟量采集的数字滤波算法 (21)3.5 采样周期的选择 (23)3.6 PID参数整定 (24)3.7 本章小结 (27)第4章软件设计 (28)WORD版本.4.1 STEP7编程软件简介 (28)4.2 方案设计思路 (28)4.3 程序流程图 (30)4.4 系统程序实现 (30)4.5 PLC炉温控制系统的调试 (31)4.6 本章小结 (31)第5章组态画面设计 (32)5.1 组态王简介 (32)5.2 组态画面设计 (32)5.2.1 创建项目 (32)5.2.2 创建主画面 (34)5.2.3 建立实时趋势曲线 (35)5.2.4 创建报警窗口 (35)5.2.5 建立系统原理画面 (36)5.2.6 建立参数监控画面 (37)5.3 本章小结 (38)第6章系统调试 (39)6.1 组态王与S7-200的通信 (39)6.2 启动组态王 (39)6.3 参数设定和监控 (40)6.4 报警信息提示 (41)6.5 趋势曲线监控 (42)6.6 本章小结 (43)结论 (44)致谢 (45)参考文献 (46)附录１ (47)附录2 (49)附录3 (52)WORD版本.第1章绪论1.1课题背景及意义随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。

毕业设计论文基于虚拟仪器的电阻炉温度控制系统摘要电阻炉被广泛地应用在工业生产中，它的温度控制效果直接影响到生产效率和产品质量，因而对温度控制系统的要求很高。

目前工业电阻炉通常采用常规PID控制，PID 控制器是最早发展起来的控制策略之一，具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统，在工业过程控制中至今仍得到广泛应用。

但是工业电阻炉的温度控制具有非线性、大惯性、大滞后等特点，难以对其建立精确的数学模型，因而常规PID控制难以取得良好的控制效果；本文采用增量式PID控制算法来进行PID参数的自动整定。

作为计算机技术和现代仪器技术相结合的产物，虚拟仪器实现了在传统测试理论和控制方法上的革命性突破。

与传统仪器相比，虚拟仪器具有功能更丰富、处理速度更快、测量效率更高、可扩充性更好的优点。

本文把虚拟仪器与智能温度控制相结合，用LabVIEW开发了一套自整定的PID控制算法的温度控制系统。

论文概述了智能温度控制的发展与现状，介绍了虚拟仪器的发展及其突出特点。

详细地论述了系统的设计与实现方法，其中包括数据采集、数据处理、数字滤波等功能模块的设计与实现。

关键词：虚拟仪器；PID控制器；自整定Resistance Furnace Temperature Control SystemBased on Virtual InstrumentAbstractResistance furnace was widely used in industrial production, whose effect of the temperature control productivity and product quality, thus a structure, easy to implement, effective to control;it also industrial process control, in particular to establish a precise mathematical model, and industrial process control is still widely used. However, the industry's Resistance furnace with temperature control of nonlinear, large inertia, the characteristics of large time delay, it is difficult to establish its precise mathematical model of conventional PID control , thus it is difficult to achieve good control effect; In this paper, we use incremental PID control algorithm for auto-tuning parameters.As product of combination of the computer technology and modern equipment technology,it make a revolutionary breakthrough from traditional test and measurement methods pared with traditional instruments, virtual instrument this paper, the virtual instrument and intelligent temperature control is combined, we use LabVIEW to develop a set of self-tuning PID control algorithm of the temperature control system. Paper provides an overview of the development of intelligent temperature control and the status , describes the development of virtual instrumentation and its salient features. Detailing the system design and implementation, including data acquisition, data processing, digital filtering and other functions of the Design and Implementation of modules.Keywords: virtual instrument; PID controller; self-tuning目录摘要 (I)Abstract .................................................................................................................................... I I1.1 本课题的背景及意义 (1)1.2论文研究的主要内容 (3)1.3文研究的重点和难点 (3)第二章虚拟仪器及应用简介 (4)2.1虚拟仪器的概念 (4)2.2虚拟仪器的特点 (5)2.3虚拟仪器的组成 (5)2.4虚拟仪器的开发平台—LabVIEW (6)2.5 LabVIEW的程序构成 (8)2.6虚拟仪器与传统仪器的比较 (8)2.7虚拟仪器的应用 (9)第三章温度传感器的分类及温度信号的检测 (13)3.1炉温度特性及其对象建模 (13)3.2 温度传感器的选用 (14)3.3炉热电偶测温 (17)3.4偶测温误差分析 (18)第四章PID控制算法简介 (20)4.1 PID控制和智能控制的介绍 (20)4.2数字PID控制算式 (23)4.3数字PID控制算式的改进 (26)4.4增量式PID 控制器的程序流程图 (30)第五章电阻炉温度控制系统的硬件设计 (32)5.1控制系统的功能及结构 (32)5.2数据采集卡 (33)5.3系统设计原则 (35)第六章电阻炉温度控制系统的软件设计 (36)6.1软件模块化设计方法概述 (36)6.2电阻炉温度控制系统软件总体设计 (37)6.3密码验证模块 (37)6.4.1 AD和DA转换 (38)6.4.2数据采集 (39)6.5信号处理模块 (40)6.6 PID控制器模块 (42)第七章系统调试 (44)参考文献 (47)附录A： (49)附录B： (52)致谢 (53)第一章引言1.1 本课题的背景及意义随着工业的发展，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。

摘要温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。

加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。

这方面的应用大多是基于单片机进行PID 控制, 然而单片机控制的DDC 系统软硬件设计较为复杂, 特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处, 然而PLC 在这方面却是公认的最佳选择。

加热炉温度是一个大惯性系统，一般采用PID调节进行控制。

随着PLC功能的扩充在许多PLC 控制器中都扩充了PID 控制功能, 因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。

本设计是利用西门子S7-200PLC控制加热炉温度的控制系统。

首先介绍了温度控制系统的工作原理和系统的组成，然后介绍了西门子S7-200PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。

关键词：温度控制；PID；温度传感器；可控硅电压调整器- . -word资料-AbstractT emperature control system has been widely used in the industry controlled field，as the temperature control system of boilers and welding machines in steel works、chemical plant、heat-engine plant etc. Heating-stove temperature control has also been applied widely in all kinds of fields .The application of this aspect is based on SCM which is making the PID control, yet the hardware and software design of DDC system controlled by SCM is somewhat complicated , it’s not an advantage especially related to logic control, however it is accepted as the best choice when mentioned to PLC.The furnace temperature of heating-stove is a large inertia system，so generally using PID adjusting to control. With the expanding of PLC function, the control function in many PLC controllers has been expanded. Therefore it is more reasonable to apply PLC controlling in the applicable fields where logical control and PID control blend together. The design has utilized the control system with which Siemens S7-200 PLC control the temperature heating-stove. In the first place this paper presents the working principles of the temperature control system and the elements of this system. Then it introduces Siemens S7-200 PLC and the specific design procedures of the hardware and the software.Keywords T emperature control PID temperature pickup SCR Voltage Converter- . -word资料-目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 研究的主要内容 (1)1.3 系统的设计目标及技术要求 (1)1.4 控制系统的设计原理 (2)1.5 技术综述 (2)第2章硬件设计 (4)2.1 西门子S7-200 PLC (4)2.1.1 西门子S7-200主要功能模块介绍 (4)2.1.2 开关量I/O模块介绍 (5)2.2 温度传感器 (6)2.2.1 热电偶 (6)2.2.2 热电阻 (6)2.3 模拟量输入模块 (9)2.3.1 EM231模拟量输入模块 (9)2.3.2 EM232模拟量输出模块 (10)2.4 可控硅电压调整器 (11)2.4.1 可控硅电压调整器简介 (11)2.4.2 可控硅电压调整器的主要性能指标 (12)2.4.3 双向可控硅交流调压原理 (12)2.4.4 可控硅电压调整器在加热炉中的应用 (13)2.5 本章小结 (15)第3章炉温PID控制算法 (16)3.1 PID控制器基本概念 (16)3.2 PID控制算法数字化处理 (17)3.3 PID在PLC中的回路指令 (20)3.4 模拟量采集的数字滤波算法 (22)3.5 采样周期的选择 (24)3.6 PID参数整定 (25)3.7 本章小结 (28)第4章软件设计 (29)4.1 STEP7编程软件简介 (29)- . -word资料-4.2 方案设计思路 (29)4.3 程序流程图 (31)4.4 系统程序实现 (31)4.5 PLC炉温控制系统的调试 (32)4.6 本章小结 (32)第5章组态画面设计 (33)5.1 组态王简介 (33)5.2 组态画面设计 (33)5.2.1 创建项目 (33)5.2.2 创建主画面 (35)5.2.3 建立实时趋势曲线 (36)5.2.4 创建报警窗口 (37)5.2.5 建立系统原理画面 (38)5.2.6 建立参数监控画面 (38)5.3 本章小结 (39)第6章系统调试 (40)6.1 组态王与S7-200的通信 (40)6.2 启动组态王 (40)6.3 参数设定和监控 (41)6.4 报警信息提示 (42)6.5 趋势曲线监控 (43)6.6 本章小结 (44)结论 (45)致谢 (46)参考文献 (47)附录１ (48)附录2 (50)附录3 (53)- . -word资料-第1章绪论1.1课题背景及意义随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。

南通纺织职业技术学院毕业设计(论文) YGW-9300型有机热载体加热炉控制系统课程名称PLC原理及应用系、专业电气自动化加热炉燃烧控制系统设计与仿真摘要冶金工业消耗大量的能源，其中钢坯加热炉就占钢铁工业总能耗的四分之一。

自70年代中期以来，各工业先进国对各种燃烧设备的节能控制进行了广泛、深入的研究，大大降低了能耗。

步进式加热炉不仅是轧线上最重要的设备之一，而且也是耗能大户。

钢坯加热的技术直接影响带钢产品的质量、能源消耗和轧机寿命。

因此步进式加热炉优化设定控制技术的推广对钢铁企业意义重大。

步进式加热炉的生产目的是满足轧制要求的钢坯温度分布，并实现钢坯表面氧化烧损最少和能耗最小。

由于步进式加热炉具有非线性、不确定性等特点，其动态特性很难用数学模型加以描述，因此采用经典的控制方法难以收到理想的控制效果，只能依靠操作人员凭经验控制设定值，当工况发生变化时，往往使工艺指标（如空燃比）实际值偏离目标值范围，造成产品质量下降消耗增加。

针对以上情况，本文通过理论和仿真比较说明使用双交叉限幅控制系统是一种比较好的燃烧控制方法。

关键词：步进式加热炉；空燃比；双交叉限幅；系统仿真目录摘要............................................................................................................................. I I ABSTRACT ................................................................................ 错误！未定义书签。

第一章引言 (1)第二章步进式加热炉 (4)2.1步进式加热炉简介 (4)2.2步进式加热炉工艺过程 (5)2.3加热炉控制技术的发展和现状 (8)第三章燃烧控制系统设计及仿真 (9)3.1 步进式加热炉生产工艺和控制要求 (9)3.2燃烧控制系统及仿真 (10)3.2.1 Simulink简介 (10)3.2.2 仿真模型的建立 (11)3.2.3串级比值控制系统设计及仿真 (12)3.2.4 单交叉限幅燃烧控制系统设计及仿真 (17)3.2.5双交叉限幅控制系统设计及仿真 (22)3.2.6偏置单元和炉膛负压控制系统简介 (29)第四章组态软件MCGS在加热炉控制中的应用 (30)4.1 MCGS简介 (30)4.2 MCGS在加热炉控制中的应用 (32)第五章仪表选型 (34)5.1检测元件的选型 (34)5.1.1温度检测 (34)5.2压力和流量的测量 (36)5.3 变送器的选取 (37)5.3.1温度变送器 (38)5.3.2差压变送器的选取 (39)5.4执行器的选择 (40)结束语 (42)参考文献 (43)致谢 (44)第一章引言工业锅炉广泛应用于炼油、冶金、化工、轻工、造纸、纺织与食品等行业。

西南科技大学专业方向设计报告课程名称：自动化专业方向设计设计名称：基于MCGS的锅炉温度控制系统设计姓名：赵XX学号: 2010XX班级：自动10XX班指导教师：王顺利起止日期： 2013.10.20——2013.11.15 西南科技大学信息工程学院制方向设计任务书学生班级：自动10XX班学生姓名：赵XX 学号：2010XXXX 设计名称：基于MCGS的锅炉温度控制系统设计起止日期：2013.10.20——2013.11.15 指导教师：王顺利方向设计学生日志基于MCGS的锅炉温度控制系统设计摘要：锅炉是工业生产中主要的供热设备。

电力、机械、冶金、化工、民用都需要锅炉提供热量，但是根据行业的不同，对锅炉的大小规模不尽相同。

作为重要的工业设备，在保证其安全和稳定运行的情况下则应考虑其自动生产，提高自动运行能力及工作效率。

本设计基于AE2000B实验设备上模拟现场锅炉温度控制系统，通过西门子S7-200 PLC作为控制器，MCGS 作为上位机，通过通信链接对锅炉温度进行实时监控，同时设计系列联锁，保证系统安全运行。

关键词: 锅炉温度 AE2000B PLC MCGSBased on the MCGS boiler temperature control system design Abstract：The boiler is the main heating equipment in the industrial manufacture.The electric power, the machinery, the metallurgical industry ,the chemical industry and the civil all need the heat the boiler offers. However, according to different industries, The size of the boiler varies from one to another. As an important industrial equipment, if we could ensure its safe and stable operation ,we should consider its automatic production and improve the automatic ability and its working efficiency. This design is based on AE2000B experimental device to simulate the spot boiler temperature control system by using the Siemens S7-200 PLC as the controller and the MCGS as upper machine. Meanwhile, the communication link will supervise the boiler temperature timely and the interlocking series will guarantee the safe operation of the system.Keywords: boiler temperature AE2000B PLC MCGS1 设计目的和意义锅炉生产在国民是工业中占据着重要的地位，早期的锅炉自动化程度很低，监控系统不完善，导致系统故障不断，但是锅炉因为适合各种行业仍然被广泛使用，锅炉的广泛使用使锅炉现代化成为必然。

能 的适 应性 － － 。
— 一 ． ， ． ， ． 。 ． ． 一 。
笔 者采 用 Ｌ ａ ｂ Ｗｉ ｎ ｄ ０ ｗ ｓ ／ ｃ Ｖ Ｉ ６ ． ０软 件 对 温 控 炉 进 行温度 测量 和 控制 ， 硬件 部 分选 用 Ｎ Ｉ公 司 生 产 的
Ｄ Ａ Ｑ卡 ， 软 件部 分 是 由 笔 者设 计 的 基 于 Ｌ ａ ｂ Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ ／
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｆ ｕ ｎａ ｒ ｃ ｅ ； ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ ＰＩ Ｄ； ｖ ｉ ｒ ｔ ｕａ ｌ ｉ ｎｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ； ＰＷ Ｍ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｆ ｕ ｒ ｎ ａ ｃ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ，ｈ ｉ ｇ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ， ｂｉ ｇ ｌ ａ ｇ ａ ｎｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｓ ｈ ｏ ｔｃ ｒ ｏ ｍｉ ｎ ｇ ｓ ， ａ ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ ＰＩ Ｄ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｕ ｔ ｏ — ｔ ｕ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｆ ｏ ｒ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｆ ｕ ｒ ｎ ａ ｃ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ． Ｃｏ ｍｐａ ｒ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｃ ｏ ｎｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｐ Ｉ Ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ

控制系统综合设计报告题目: 加热炉温度控制系统设计报告题目：加热炉温度控制系统设计一、 课程的要求和意义（一 ）课程设计的具体要求 1、加热炉温度单回路反馈控制系统。

2、以加热炉温度为主变量，夹套温度为副变量，构成加热炉出口温度与夹套温度的串级控制系统。

被加热物料流过排列炉膛四周的夹套后，加热到炉出口工艺所要求的温度。

在加热用的装有一个调节阀，用以控制夹套温度控制，以达到控制出口温度的目的。

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、利用Simulink 实现单回路系统仿真和串级系统仿真，得出系统输出响应曲线，根据两种系统仿真结果分析串级控制系统的优缺点，验证串级系统是否能提高控制的精度。

本设计是通过加热炉两种控制方案的对比并利用MATLAB 中的Simulink 进行系统仿真，采用衰减曲线法进行参数的整定，通过比较两种方案，最终说明加热炉串级控制系统的设计方案在实际控制中的优越性。

4、要求设计的系统满足快速、准确、稳定，且超调量8%≤δ≤10%。

5、给定各传递函数如下：主控制对象加热炉温度传递函数:011()(301)(31)G s s s =++副对象对象夹套温度传递函数:0221()(101)(1)G s s s =++主PID 控制器的传递函数为：111()(1)c I G s K T s=+副PID 控制器的传递函数为：22()c G s K =二、 加热温度控制系统设计（一） 加热炉单回路温度控制系统结构图加热炉温度单回路控制系统结构框图 （二） 加热炉温度串级控制系统结构图加热炉温度串级控制系统结构框图图3加热炉温度串级控制系统结构图图1加热炉单回路温度控制系统结构图PID 调节器调节装置夹套加热炉温度反馈 1()t+- ++ + 干扰 干扰 图2 加热炉温度单回路控制系统结构框图 +（三）衰减曲线法参数整定的相关资料（1）衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间TI放在最大，微分时间T D 放到最小，比例放大倍数KC设为1;（2）然后使KC 由小往大逐步改变，并且每改变一次KC值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。