北华航天工业 电加热炉温度控制系统设计

题目：电加热炉温度控制硬件系统设计绪论随着微电子技术和微型计算机的迅猛发展，微机测量和控制技术以其逻辑简单、控制灵活、使用方便及性能价格比高的优点得到了广泛的应用。

它不仅在航空、航天、铁路交通、冶金、电力、电讯、石油化工等领域得到了广泛应用，而且在日常生活中诸如电梯、微波炉、电冰箱、电视机等高科技产品中也有广阔的使用前景，为工业生产的自动化、智能控制奠定了坚实的技术基础。

加热炉作为一种应用广泛的热工设备之一。

尽管它使用的加热方法不同，或工艺要求不同，温度有高低、精度也有差异，但作为被控参数之一的温度总是可用不同的测温元件和方法来获得，并通过微型计算机加以处理和控制，并按一定温度曲线工作，以满足生产需要。

本课题的研究现状和研究意义：电加热炉以其无污染、操作方便、自动化程度高、可调范围大、节省基建投资等诸多优点逐渐受到人们的欢迎。

但这其中对温度的控制上不是很理想，温差大、温度控制精度不准确。

针对这一情况。

本将介绍一种应用单片机对电热加热炉进行智能控制的温度系统。

一般的电加热炉温度控制系统（如温度控制表控制接触器）的主要缺点是温度波动范围大。

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”。

他们的工作多数是采用PID及改善的PID控制规律进行的。

但是，PID控制算法也有它的局限性。

尤其在离散系统中，采用周期较大或对象具有较大时滞特性时，控制效果不是很理想。

本的研究意义是怎么用51系列单片机作为控制器去实现温度控制，达到需要的工业要求，实现起温度控制的作用，达到工作稳定、性能可靠。

利用热电偶的冷端补偿采用铂电阻温度传感器，测量标准，克服了常规方法补偿误差大的缺点，该系统具有软启动、程序升温、键盘输入、显示打印等功能，使温度控制为误差达到≤±5℃，调节温度的超调量小于30%，实时显示炉内温度，记录温度变化的过程。

北华航天工业学院课程设计报告（论文）设计课题：电加热炉温度控制系统设计专业班级：B12221学生姓名：指导教师：齐建玲设计时间：2015年6月30日北华航天工业学院电子工程系计算机控制技术课程设计任务书姓名：专业：自动化班级：B12221指导教师：齐建玲职称：教授课程设计题目：电加热炉温度控制系统设计已知技术参数和设计要求：1．控制算法采用常规PID控制，每组选择的控制算法不同；2．自行设计温度检测电路；3．显示模块实时现实温度；4．温度超出正常范围发报警电路；5．用单片机做控制微机；所需仪器设备：计算机、keil软件、protus软件成果验收形式：作品仿真展示，程序讲解参考文献：[1] 于海生.计算机控制技术[M].机械工业出版社. 2007.5[2] 胡辉等.单片机原理与应用[M]. 中国水利水电出版社.2007.9时间17周的周一、周二安排指导教师：齐建玲教研室主任：2015年7 月 4 日注：本表下发学生一份，指导教师一份，栏目不够时请另附页。

课程设计任务书装订于设计计算说明书（或论文）封面之后，目录页之前。

内容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。

设计一个控制精度高、运行稳定的电阻炉温度控制系统具有很高的应用价值。

本文以电阻炉为控制对象，以单片机AT89C51为硬件核心元件，采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点.在输出控制中主要采用硬件电路实现，降低了程序的复杂性。

系统的软件设计采用了模块化结构，具有可移植性强和通用性强的特点。

本设计采用常规PID控制在电阻炉上进行控制实验，并对控制效果进行比较和分析。

控制系统的控制效果其具有超调小、控制精度高、运行稳定等优点，具有较好的应用前景。

索引关键词：AT89C51单片机温度控制 PID运算目录一、概述随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。

电加热炉温度控制系统的设计目录引言 (6)1 模糊控制器的设计 (13)1.1 模糊逻辑基础 (13)1.1.1 模糊集合的概念和基本运算 (13)1.1.2 模糊关系 (14)1.1.3 模糊规则 (15)1.2 模糊控制系统 (17)1.2.1 模糊控制的基本思想 (18)1.2.2 模糊控制系统的组成 (18)1.3 基本模糊控制器的设计 (20)1.3.1 精确量的模糊量化处理 (20)1.3.2 模糊推理 (23)1.3.3 反模糊化处理 (24)2 MATLAB下的仿真实验 (26)2.1 PID控制仿真实验 (26)2.2 基本模糊控制仿真实验 (27)3 电加热炉控制系统监控程序的设计 (31)3.1 组态王简介 (31)3.1.1 概述 (31)3.1.2 组态王与I/O设备 (31)3.1.3 组态王的开放性 (32)3.1.4 建立应用工程的一般流程 (32)3.1.5 如何得到组态王的帮助 (33)3.2 组态王的设计 (33)3.2.1 设计画面 (33)3.2.2 动画连接 (36)3.3 电加热炉控制监控画面 (42)结论 (47)参考文献 (48)摘要在冶金、化工，机械等各类工业控制中，电加热炉都得到了广泛的应用。

目前国内的电加热炉温度控制器大多还停留在国际60年代水平，仍在使用继电—接触器控制或常规PID控制，自动化程度低，动态控制精度差，满足不了日益发展的工艺技术要求。

电加热炉的温度是生产工艺的一项重要指标，温度控制的好坏将直接影响产品的质量。

电加热炉由电阻丝加热，温度控制具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点。

而且，在实际应用和研究中，电加热炉温度控制遇到了很多困难：第一，很难建立精确的数学模型；第二，不能很好地解决非线性、大滞后等问题。

以精确数学模型为基础地经典控制理论和现代控制论在解决这些问题时遇到了极大地困难，而以语言规则模型(IF-THEN)为基础的模糊控制理论却是解决上述问题的有效途径和方法。

电加热炉温度自动控制系统一、任务设计并制作一个温度自动控制系统，控制电加热炉的温度在某一温度范围。

系统的示意图如图1所示。

电加热炉顶部置入深度不一的两温度传感器，用于检测加热炉内的温度，炉内温度取其平均值；单片机通过键盘对加热炉的温度进行设定。

根据炉内温度与设定温度值的差别程度，有不同的提示信号。

炉内的温度和当前设定温度通过显示设备实时显示。

图1 温度自动控制系统示意图二、要求⒈基本要求（1）温度可调节范围为60℃～200℃，最小设定分度为1℃。

（2）温度显示功能，分辨率为0.1℃。

（3）当温度达到某一设定值并稳定后，炉内温度的波动控制在±2℃以内。

要求温度调控未达到和达到稳定状态，均给出声或光提示信号。

（4）当设定的调节温差为15℃时, 要求达到稳定状态的调节时间小于等于2分钟，稳定状态下的温度波动在±2℃以内。

⒉发挥部分（1）当温度达到某一设定值并稳定后，、炉内温度的波动控制在±1℃以内。

（2）当设定的调节温差为15℃时, 尽量减少达到稳定状态的调节时间，并要求超调量不超过3℃，稳定状态下的温度波动在±1℃以内。

（3）能记录并实时显示温度调节过程的曲线, 显示的误差绝对值小于2℃。

（4）其他。

三、说明（1）炉内温度检测采用具有温度测量功能的数字万用表（测评时自带）。

（2）当温度达到稳定状态的提示信号出现后立即检测调控的温度值，每次检测时间延续60s，以记录温度波动的最大值。

（3）设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。

完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。

（C3）智能窗系统一、任务对下雨等情况进行自我监测，并自动控制窗户关闭。

当室内烟雾、可燃性气体超过指标时可自动开启窗户，通风换气。

二、要求⒈基本要求1）防盗报警功能如果有人要强行从窗户进入室内，智能窗便会用喇叭播放“捉贼啦，在*单元*号”，连续播放5分钟。

2）防毒报警功能室内的煤气、天然气等可燃气体或烟雾的浓度超标时，智能窗便会报警，并开启窗户，启动排风扇，让有毒气体散发到室外，可有效防止中毒或火灾事故的发生，确保室内空气清新，身体不受伤害。

摘要温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。

由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。

本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。

此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。

此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。

提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC 为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。

关键词：温度；电加热炉；PLC；控制系统Control System Design of BoilerABSTRACTTemperature is a very popular parameter of pyrology in flow industry，so temperature control is an emphases of process control.Considering some special condition such as heating mechanism and the special structure of heater there are often some features such as long time lag，nonlinearity and difficulties of modeling of targets of process.It's difficult to control very well by traditional PID algorithm，the Digital PID control algorithm can get better control effect.This article described a type of imp roved regenerative heating furnace, which makes the temperature invariable and auto ignition using PLC. It can be available in aluminum and steelmill and other metal industry, which can bring obvious economic and social benefits.The industrial design of the prototype electric oven to laboratory electric furnace of the real object, PID control algorithm for temperature control.The paper presents a target for electric furnace characteristics of control algorithms, and PLC as the core to form the furnace adaptive control system. Control accuracy, reliability and stability indicators are much higher than the system which is consisted of the conventional instrument, thedesign uses PID algorithm to control its temperature.Keyword: Temperature；heating furnace；PLC；control system目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1选题的背景及意义 (1)1.2加热炉控制研究现状 (2)1.3本设计的主要工作及技术路线 (3)1.3.1主要工作 (3)1.3.2本论文的技术路线 (4)第二章控制方案确定 (5)2.1控制对象的数学模型及仿真 (5)2.2 电加热炉控制系统分析: (9)2.3控制系统的控制过程 (11)2.3.1 温度--流量串级控制系统 (11)2.3.2 液位-流量串级控制系统 (11)2.4 控制系统主要特色 (12)第三章PLC 控制系统硬件设计及仪表选型 (14)3.1系统特性分析 (14)3.2 PROFIBUS 现场总线介绍 (14)3.3电加热炉PLC系统结构 (15)3.4 PLC控制系统设计 (16)3.4.1 恒温控制系统 (16)3.4.2 恒压控制系统 (17)第四章控制系统的软件设计 (20)4.1 下位机软件设计 (20)4.1.1Step-7简介 (20)4.1.2下位机软件设计流程图 (22)4.2上位机软件设计 (22)4.2.1Win CC 简介 (23)4.2.2监控系统的设计 (24)第五章仪器仪表的选型 (26)5.1现场仪表的选型 (26)5.1.1控制阀的选型 (26)5.1.2节流装置的计算 (27)5.1.3电气阀门的定位器 (28)5.1.4 压力变送器的选型 (29)5.1.5 压力表的选型 (30)5.1.6流量计的选择 (30)5.1.7 温度变送器的选型 (31)5.1.8浮子液位计的选型 (32)5.2控制室仪表选型 (33)5.2.1PLC的选型 (33)5.2.2 控制柜的选型 (33)5.2.3安全栅的选型 (34)5.2.4供电箱的选型 (34)5.2.5智能调节器的选型 (35)5.3其他仪器的选型 (36)5.3.1水箱的选型 (36)5.3.2水泵的选型 (36)5.3.4接线箱的选型 (37)5.3.5三相调压模块的选型 (37)第六章总结和展望 (38)6.1 设计总结 (38)6.2 课题展望 (39)参考文献（References） (40)致谢 (42)第一章绪论1.1选题的背景及意义我国的电加热锅炉在10多年前问世，由于受到当时电力因素的制约，发展非常缓慢，只有几个非锅炉行业的厂家在生产。

电加热炉温‎度自动控制‎系统一、任务设计并制作‎一个温度自‎动控制系统‎，控制电加热‎炉的温度在‎某一温度范‎围。

系统的示意‎图如图1所‎示。

电加热炉顶‎部置入深度‎不一的两温‎度传感器，用于检测加‎热炉内的温‎度，炉内温度取‎其平均值；单片机通过‎键盘对加热‎炉的温度进‎行设定。

根据炉内温‎度与设定温‎度值的差别‎程度，有不同的提‎示信号。

炉内的温度‎和当前设定‎温度通过显‎示设备实时‎显示。

图1 温度自动控‎制系统示意‎图二、要求⒈基本要求（1）温度可调节‎范围为60‎℃～200℃，最小设定分‎度为1℃。

（2）温度显示功‎能，分辨率为0‎.1℃。

（3）当温度达到‎某一设定值‎并稳定后，炉内温度的‎波动控制在‎±2℃以内。

要求温度调‎控未达到和‎达到稳定状‎态，均给出声或‎光提示信号‎。

（4）当设定的调‎节温差为1‎5℃时, 要求达到稳‎定状态的调‎节时间小于‎等于2分钟‎，稳定状态下‎的温度波动‎在±2℃以内。

⒉发挥部分（1）当温度达到‎某一设定值‎并稳定后，、炉内温度的‎波动控制在‎±1℃以内。

（2）当设定的调‎节温差为1‎5℃时, 尽量减少达‎到稳定状态‎的调节时间‎，并要求超调‎量不超过3‎℃，稳定状态下‎的温度波动‎在±1℃以内。

（3）能记录并实‎时显示温度‎调节过程的‎曲线, 显示的误差‎绝对值小于‎2℃。

（4）其他。

三、说明（1）炉内温度检‎测采用具有‎温度测量功‎能的数字万‎用表（测评时自带‎）。

（2）当温度达到‎稳定状态的‎提示信号出‎现后立即检‎测调控的温‎度值，每次检测时‎间延续60‎s，以记录温度‎波动的最大‎值。

（3）设计报告正‎文中应包括‎系统总体框‎图、核心电路原‎理图、主要流程图‎、主要的测试‎结果。

完整的电路‎原理图、重要的源程‎序用附件给‎出。

（C3）智能窗系统‎一、任务对下雨等情‎况进行自我‎监测，并自动控制‎窗户关闭。

工业加热炉温度控制系统设计————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ0引言在科学技术日新月异的今天,工艺精度、产品质量的提高对于工业加热炉温度控制系统的要求日益增强。

对工业加热炉的工作进行监视及报警，温度值是加热炉随着加热的需要随时变化进行控制的重要参数。

但目前国内绝大多数工业还是采用加湿机等设备通过人工来控制加热炉的温度,很难达到最佳控制效果的,同时也无法进行温度数据的自动记录与时事管理。

因此，工业加热炉的温度自动控制系统取代人工完成成为了一种刻不容缓的需要,工业加热炉的温度自动控制系统也是在这种需求的驱动下被开发和实现的，并且达到了温度控制、声音报警的要求。

由于工业加热炉的温度控制系统和报警自动监控器系统均采用电能作能源,因而可以通过对输入功率的控制,达到对温度、声音报警的控制。

利用简单的单片机芯片组实现系统的控制功能,能够实现并满足系统的需要,又在经济上节约了支出，避免了系统小功能浪费的现象。

经过深入调查和认真分析本系统是一个二级计算机测控系统。

现场计算机承担各个加热炉的温度实时检测与控制以及报警监视和报警的任务。

控制中心位于中央控制室，负责对现场计算机的工作进行管理,完成实时数据收集、显示系统、打印报表以及对现场计算机的工作状态和温度给定值的设置等工作。

位于车间的工作人员值班室的值班机上，平时作为电子表运行。

当报警发生时,值班机能以声、显示数据等报警形势指示出报警的加热炉。

且当控制总台关机时，值班机能自动上升为主机代替上位机接管通讯系统向控制器发出报警查询控制字。

由于单片机的使用,现场计算机的任务也由单片机控制系统的人机接口部分来完成，再通过模数转换通道部分实现对系统的精确控制,最后采用8051单片机为主处理芯片实现对系统进行控制处理]1[]2[。

１工业加热炉温度控制系统１.1 温度控制系统简介1．1．1选题的背景温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。

摘要：本设计采用直接数字控制（DDC）对加热炉进行控制，使其温度稳定在在某一个值上。

并且具有键盘输入温度给定值，LED数码管显示温度值和温度达到极限时提醒操作人员注意的功能。

一．概述温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。

对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。

例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直接数字控制（DDC），推断控制，预测控制，模糊控制（Fuzzy），专家控制(Expert Control)，鲁棒控制（Robust Control），推理控制等。

本设计的控制对象为一电加热炉，输入为加在电阻丝两断的电压，输出为电加热炉内的温度。

输入和输出的传递函数为：G(s)=2/(s(s+1))。

控温范围为100~500℃，所采用的控制方案为直接数字控制（DDC）中的最少拍控制。

二．温度控制系统的组成框图采用典型的反馈式温度控制系统，组成部分见下图。

其中数字控制器的功能由微型机算机实现。

三．温度控制系统结构图及总述图中由4~20mA变送器，I/V，A/D转换器构成输入通道，用于采集炉内的温度信号。

其中，变送器选用XTR101，它将热电偶信号（温度信号）变为4~20mA电流输出，再由高精密电流/电压变换器RCV420将4~20mA电流信号变为0~5V标准电压信号，以供A/D转换用。

转换后的数字量与与炉温的给定值数字化后进行比较，即可得到实际炉温和给定炉温的偏差。

炉温的设定值由键盘输入。

由微型计算机构成的数字控制器按最小拍进行运算，计算出所需要的控制量。

数字控制器的输出经标度变换后送给8253，由8253定时计数器转变为高低电平的不同持续时间，送至SCR触发电路，触发晶闸管并改变其导通角大小，从而控制电加热炉的加热电压，起到调温的作用。

电加热炉温度控制系统设计摘要：1.引言电加热炉广泛应用于金属加热、熔化、回火等工艺过程中，其温度控制对产品质量的稳定性和一致性具有重要影响。

因此，设计一套高效可靠的电加热炉温度控制系统对于提高生产效率和节约能源具有重要意义。

2.系统结构设计电加热炉温度控制系统主要由传感器、控制器、执行器和人机界面组成。

传感器用于实时感知电加热炉内部温度变化，控制器根据传感器数据进行温度控制算法的计算，执行器根据控制器输出的控制信号调节电加热炉的供电功率，人机界面用于显示和操作温度控制系统。

3.温度传感器设计温度传感器一般采用热电偶或热电阻器进行测量，其工作原理基于材料的温度和电阻之间的相关性。

在电加热炉温度控制系统中，传感器应具有快速响应、精确稳定的特性，选择合适的传感器材料和安装位置对于准确测量温度值至关重要。

4.控制器设计电加热炉温度控制系统常用的控制器包括PID控制器和模糊控制器。

PID控制器基于比例、积分和微分三个部分的线性组合，能够根据系统的误差进行相应的调节，具有简单可靠的特点。

模糊控制器基于模糊逻辑推理，能够根据模糊规则进行决策，适应性强。

选择合适的控制器取决于电加热炉的温度调节需求和实际使用场景。

5.执行器设计电加热炉的供电功率调节通常通过调整炉内的电阻或使用可调电压/电流源实现。

执行器的设计应考虑到功率调节的精度和响应时间等因素，确保控制系统能够快速准确地调节电加热炉的供电功率，实现温度控制目标。

6.人机界面设计温度控制系统的人机界面一般包括温度显示、参数设置、报警显示和历史数据查询等功能。

界面设计应简洁明了，易于操作，提供必要的温度控制信息和报警提示，方便操作员进行实时监测和调节。

7.系统安全与优化温度控制系统应考虑到系统的安全性和优化性能。

安全性包括对系统故障的检测和处理，例如传感器异常、控制器故障等；优化性能包括对温度变化的快速响应和精确控制，例如减小温度波动、提高温度稳定性等。

8.结论本文基于电加热炉温度控制系统设计原理和方法进行了综合考虑，针对不同的温度控制要求给出了相应的解决方案。

电加热炉温度控制系统设计电加热炉是一种广泛应用于工业生产中的设备，用于加热各种材料或工件。

电加热炉的温度控制是保证炉内温度稳定和精确的关键，对于生产质量和设备寿命有重要影响。

本文将介绍电加热炉温度控制系统的设计。

首先，电加热炉温度控制系统的设计需要考虑以下几个方面：1.温度传感器：选择合适的温度传感器用于测量炉内温度，如热电偶或热电阻。

传感器需要能够对温度进行准确测量，并具有较高的可靠性和耐高温性能。

2.控制算法：根据温度传感器的反馈信号，控制算法计算控制信号以调节炉内加热功率。

最常用的控制算法是PID控制算法，它根据温度偏差、偏差变化率和偏差累积进行控制信号计算，以实现温度的稳定控制。

3.控制器：选择合适的控制器用于执行控制算法并输出控制信号。

控制器需要具有快速的计算能力和稳定的控制性能。

常见的控制器类型包括单片机、PLC和工业控制计算机。

4.加热装置：选择合适的加热装置用于向电加热炉提供能量。

常见的加热装置包括电阻丝、电加热器和感应加热器。

加热装置需要能够根据控制信号调节加热功率，并具有可靠的性能。

5.温度控制系统的安全保护：设计温度控制系统需要考虑安全保护措施，以防止温度过高造成设备事故和人身伤害。

常见的安全保护措施包括过温保护、短路保护和漏电保护等。

在电加热炉温度控制系统的设计过程中，需要进行系统建模和参数调节。

系统建模是将电加热炉、加热装置和温度传感器等组成部分抽象为数学模型，以进行控制算法的设计和仿真验证。

参数调节是根据实际工艺要求对控制算法参数进行调整，以达到良好的控制性能。

最后，电加热炉温度控制系统的设计需要考虑实际应用情况和要求。

不同的工艺要求和生产环境可能需要不同的控制精度和性能需求，因此需要根据实际情况进行设计定制。

在总结上述内容后，设计电加热炉温度控制系统需要考虑温度传感器、控制算法、控制器、加热装置和安全保护等方面。

系统建模和参数调节是设计过程中的关键步骤。

根据实际应用情况和要求进行设计定制，以实现温度的稳定和精确控制。

电加热炉温度控制系统的设计1. 本文概述随着现代工业的快速发展，电加热炉在许多工业生产领域扮演着至关重要的角色。

电加热炉的温度控制系统，作为其核心部分，直接关系到生产效率和产品质量。

本文旨在设计并实现一种高效、精确的电加热炉温度控制系统，以满足现代工业生产中对温度控制精度和稳定性的高要求。

本文首先对电加热炉温度控制系统的需求进行了详细分析，明确了系统设计的目标和性能指标。

接着，本文对现有的温度控制技术进行了全面的综述，包括传统的PID控制方法以及先进的智能控制策略。

在此基础上，本文提出了一种结合PID控制和模糊逻辑控制的新型温度控制策略，以实现更优的控制效果。

本文还详细阐述了系统的硬件设计和软件实现。

在硬件设计方面，本文选择了适合的传感器、执行器和控制器，并设计了相应的电路和保护措施。

在软件实现方面，本文详细描述了控制算法的实现过程，包括数据采集、处理、控制决策和输出控制信号等环节。

本文通过实验验证了所设计温度控制系统的性能。

实验结果表明，本文提出的温度控制系统能够实现快速、准确的温度控制，且具有较好的鲁棒性和稳定性，能够满足实际工业生产的需求。

本文从理论分析到实际设计，全面探讨了一种适用于电加热炉的温度控制系统的设计方法。

通过结合传统和先进的控制技术，本文提出了一种高效、稳定的温度控制策略，为提高电加热炉的温度控制性能提供了新的思路和实践参考。

2. 电加热炉的基本原理与构造电加热炉作为一种高效、清洁且精准的热能产生设备，其工作原理基于电磁感应和电阻加热两种基本方式，而构造则包括电源系统、加热元件、温控系统、隔热保温结构以及安全防护装置等关键组成部分。

电磁感应加热：在特定类型的电加热炉中，尤其是应用于金属工件加热的场合，电磁感应加热原理占据主导地位。

这种加热方式利用高频交流电通过感应线圈产生交变磁场，当金属工件置于该磁场中时，由于电磁感应现象，会在工件内部产生涡电流（又称涡流）。

涡电流在工件内部形成闭合回路，并依据焦耳定律产生热量，即电流通过电阻时产生的热效应。

工业加热炉温度控制系统设计背景：系统设计方案：1.传感器选择与安装在温度控制系统中，常用的温度传感器有热电偶、热电阻、红外线测温传感器等。

根据具体的加热炉工艺和温度范围，选用合适的传感器对温度进行测量。

传感器的安装位置应考虑到温度均匀性，避免受到非加热区域的影响。

2.控制器选择与配置控制器是温度控制系统的核心，常见的控制器包括PID控制器、PLC 等。

根据加热炉的工艺需求和精度要求，选择合适的控制器。

在配置控制器时，需要设置合适的控制参数，包括比例系数、积分系数和微分系数，以保证系统的稳定性和响应速度。

3.动作执行器选择与调节动作执行器是控制系统中用于调节加热功率的部件，常见的有电阻加热器、电磁铁等。

根据加热炉的功率需求，选择合适的动作执行器，并通过控制器对其进行调节，保持温度在设定值附近。

4.系统整体集成与优化温度控制系统的集成和优化是提高系统性能和工作效率的关键。

在系统集成过程中，需要对传感器、控制器和执行器进行合理的连接和布线，以确保信号传输的稳定性和可靠性。

在优化系统时，可以采用自适应控制算法和模糊控制算法，通过对温度变化的实时监测和控制，提高加热炉的温度控制精度和稳定性。

5.安全保护措施工业加热炉的温度控制系统中，需要加入安全保护措施，以防止系统的过热和故障。

常见的安全保护措施包括过温报警装置、断电保护装置等，通过对温度和电流的实时监测，及时发出报警信号或切断电源，确保加热炉和设备的安全运行。

6.温度数据采集与分析温度控制系统中的数据采集和分析对于工艺优化和质量监控具有重要意义。

通过采集温度数据，可以进行数据分析和建模，找出温度变化的规律和优化加热炉的工艺参数，提高生产效率和产品质量。

总结：工业加热炉温度控制系统设计涉及到传感器的选择与安装、控制器的选择与配置、动作执行器的选择与调节、系统整体集成与优化、安全保护措施以及温度数据采集与分析等方面。

针对不同的工业加热炉和加热工艺，设计合理的温度控制系统可以保证加热炉的正常运行和产品质量的稳定性和一致性。

电加热炉温度控制系统设计方案1.系统概述2.系统组成2.1温度传感器：用于实时感知炉内温度，并将温度信号转换成电信号进行采集。

2.2控制器：负责对温度信号进行处理和判断，并生成相应的控制信号。

2.3加热功率调节器：根据控制信号调整电加热炉的加热功率。

2.4人机界面：为操作人员提供温度设定、显示和报警等功能。

2.5电源和电路保护装置：为电加热炉提供稳定的电源和安全的电路保护。

3.控制原理电加热炉温度控制系统采用了闭环控制的原理，即通过与实际温度进行比较，调整加热功率来实现温度的控制。

控制器根据实际温度和设定温度之间的偏差，产生相应的控制信号，通过加热功率调节器对电加热炉的加热功率进行调整，使实际温度逐渐接近设定温度，并保持在一定范围内。

4.系统算法4.1温度传感器采集到的温度信号经过模数转换，转换成数字信号输入到控制器。

4.2控制器对传感器采集到的温度信号进行处理和判断，计算出温度偏差。

4.3控制器根据温度偏差通过PID控制算法产生相应的控制信号，控制信号的大小决定了加热功率的调整幅度。

4.4控制信号经过加热功率调节器进行放大和整流，并驱动电加热炉进行相应的加热功率调整。

4.5加热功率调整会导致炉内温度变化，温度变化会反过来影响温度传感器采集到的温度信号，形成一个闭环控制的循环过程。

5.人机界面5.1人机界面通过触摸屏或按钮等形式，提供温度设定、显示和报警等功能。

5.2操作人员可以通过人机界面设置所需的温度设定值。

5.3人机界面会显示当前的实际温度，并根据温度偏差的大小显示相应的报警信号。

5.4人机界面可以设定温度上下限，当温度超出设定范围时自动报警。

6.电源和电路保护装置6.1在电加热炉温度控制系统中，电源提供稳定的电压和电流给电路运行。

6.2为了确保系统的安全运行，在电路中设置过流保护、过压保护、欠压保护等电路保护装置。

6.3当发生过流、过压或欠压等异常情况时，电路保护装置会立即切断电源，以保护电路和设备的安全。

0引言在科学技术日新月异的今天，工艺精度、产品质量的提高对于工业加热炉温度控制系统的要求日益增强。

对工业加热炉的工作进行监视及报警，温度值是加热炉随着加热的需要随时变化进行控制的重要参数。

但目前国内绝大多数工业还是采用加湿机等设备通过人工来控制加热炉的温度,很难达到最佳控制效果的，同时也无法进行温度数据的自动记录与时事管理。

因此，工业加热炉的温度自动控制系统取代人工完成成为了一种刻不容缓的需要，工业加热炉的温度自动控制系统也是在这种需求的驱动下被开发和实现的，并且达到了温度控制、声音报警的要求。

由于工业加热炉的温度控制系统和报警自动监控器系统均采用电能作能源，因而可以通过对输入功率的控制，达到对温度、声音报警的控制。

利用简单的单片机芯片组实现系统的控制功能，能够实现并满足系统的需要，又在经济上节约了支出，避免了系统小功能浪费的现象。

经过深入调查和认真分析本系统是一个二级计算机测控系统。

现场计算机承担各个加热炉的温度实时检测与控制以及报警监视和报警的任务。

控制中心位于中央控制室，负责对现场计算机的工作进行管理，完成实时数据收集、显示系统、打印报表以及对现场计算机的工作状态和温度给定值的设置等工作。

位于车间的工作人员值班室的值班机上，平时作为电子表运行.当报警发生时，值班机能以声、显示数据等报警形势指示出报警的加热炉。

且当控制总台关机时,值班机能自动上升为主机代替上位机接管通讯系统向控制器发出报警查询控制字。

由于单片机的使用,现场计算机的任务也由单片机控制系统的人机接口部分来完成，再通过模数转换通道部分实现对系统的精确控制,最后采用8051单片机为主处理芯片实现对系统进行控制处理]1[]2[。

1工业加热炉温度控制系统1。

1 温度控制系统简介1。

1。

1选题的背景温度是工业生产中常见的工艺参数之一,任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。

对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式、燃料、控制方案也有所不同.例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等;燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直接数字控制（DDC)、推断控制、预测控制、模糊控制、专家控制、鲁棒控制、推理控制等。

电加热炉温度控制系统设计方案绪论电加热炉的出现，给人类的生活带来了很多方便，使人类不管是在生活还是在工业方面都有了很多便利之处。

但是电加热炉主要应用还是在生产过程、实验室及研究所。

电加热炉本身可由多组炉丝提供功率，用多组温度传感器检测炉温度，因此电加热炉属多区温度系统。

控制理论从经典理论、现代理论已经发展到更先进的控制理论，控制系统也由简单的控制系统、大系统发展到今天的复杂系统。

本文讨论的电加热炉炉温控制系统由上下两组炉丝进行加热，用上下两组热电偶检测炉温。

本文所采用的电加热炉温度控制，采用的是适用于工业控制的8051单片机组成的控制系统。

为了降低电加热炉的成本，系统要求采用实现温度闭环控制，控制温度误差围5°C，调节温度的超调量小于30%，系统被测参数是温度，由单片机PID运算得出的控制量控制光控可控硅的导通和关断，以便切断或接通加热电源，调整电功率，从而控制电加热炉的温度稳定在设定的值上，并实时显示炉温度，记录温度的变化过程，以更好的控制电加热炉工作。

本系统较理想地解决了炉温控制中平稳性、快速性与精度之间的矛盾。

电加热炉是一种将电能转换为热能，在工矿企业和日常生活中，是一种常见的设备。

在社会发展的今天，电加热炉的使用，即可以提高生产效益，节约能源，也减少了环境的污染，在社会经济发展和改善人民生活质量等方面的优点早已成为社会的共识。

随着社会经济的不断发展，科技水平的进步，人民生活水平的提4高，将使社会带入一个新的阶段。

人们对热能的需求质量越来越大，电加热炉的优越性越发的突出来，这样就出现了一个问题，由于传统的电加热炉存在一定的弊端而造成能源的浪费，导致其生产效率低，其主要原因是缺少有效的调节设备，导致的浪费。

如何解决这一问题，满足社会的需求，设计得更加科学、合理，在全国仍在探讨。

并且现代电加热炉的控制方法由于数学深奥、算法复杂、现场工程师难以理解和接受，因而先进控制算法的推广受到制约，为克服以上种种困难，将来的电加热炉以控制算法简单，静动态性能好的特点，有较高的实用价值和理论价值，特别是以节约能源、保护环境的方向发展。

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。