最新加热炉温度控制系统_毕业
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目录第一章设计背景及设计意义 (2)第二章系统方案设计 (3)第三章硬件 (5)3.1 温度检测和变送器 (5)3.2 温度控制电路 (6)3.3 A/D转换电路 (7)3.4 报警电路 (8)3.5 看门狗电路 (8)3.6 显示电路 (10)3.7 电源电路 (12)第四章软件设计 (14)4.1软件实现方法 (14)4.2总体程序流程图 (15)4.3程序清单 (19)第五章设计感想 (29)第六章参考文献 (30)第七章附录 (31)7.1硬件清单 (31)7.2硬件布线图 (31)第一章设计背景及研究意义机械制造行业中,用于金属热处理的加热炉,需要消耗大量的电能,而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。
现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制,随着科技进步和生产的发展,这类设备对温度的控制要求越来越高,除控温精度外,对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求,显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。
随着微电子技术及电力电子技术的发展,采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。
自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用,温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。
随着单片机技术的飞速发展,通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。
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。
对工件的处理温度要求严格控制,计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。
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。
加热炉温度控制系统设计一、引言加热炉是一种常见的工业设备,用于将物体加热至一定温度。
在许多工业过程中,加热炉的温度控制至关重要,它直接影响到产品的质量和生产效率。
因此,设计一个稳定可靠的温度控制系统对于提高工业生产的效益十分重要。
本文将介绍一个基于控制理论的加热炉温度控制系统的设计。
二、控制系统设计原理1.温度传感器:温度传感器是测量加热炉内部温度的重要组成部分。
常用的温度传感器包括热电偶和热敏电阻。
传感器将温度信号转换为电信号,并将其发送给控制器。
2.控制器:控制器接收温度传感器发送的信号,并与设定值进行比较。
根据比较结果,控制器将控制信号发送给加热器以调整加热功率。
控制器通常使用PID控制算法,它根据偏差、积分和微分项来计算控制信号。
3.加热器:加热器是加热炉温度控制系统中的执行器。
根据控制信号,加热器可以调整加热功率,从而控制加热炉的温度。
三、温度传感器选择温度传感器的选择对于温度控制系统的性能至关重要。
常见的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
在选择传感器时需要考虑以下因素:1.测量范围:根据加热炉的工作温度范围选择合适的传感器。
不同的传感器有不同的工作温度范围。
2.精度:传感器的精度对于控制系统的准确性非常重要。
一般来说,热电偶的精度比热敏电阻高。
3.响应时间:加热炉温度的变化通常需要快速响应。
因此,传感器的响应时间也是一个重要的考虑因素。
四、控制器设计1.控制算法选择:常见的控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
PID控制算法结合了这三种控制算法,被广泛应用于温度控制系统。
2. 参数调节:根据具体的应用场景和系统性能要求,需要对PID控制器进行参数调节。
常见的调节方法有Ziegler-Nichols方法和临时增减法。
3.控制信号输出:控制信号输出给加热器,影响加热功率。
一般来说,控制信号越大,加热功率越高,温度升高的速度越快。
五、系统测试和优化完成控制系统的设计后,需要进行系统测试和优化。
题目:温度控制器的设计机电工程学院李小草摘要本文设计了一个温度自动控制器。
本设计以单片机(8031)为控制核心,外加硬件电路,将温度显示和数字控制集和于一体,实现智能温度控制。
并采取软件程序实现升温的调节,能对加热炉的升温速度和保温时间严格控制。
单片机控制系统由微处理器和工业生产对象两大部分组成。
本文是通过热敏电阻和单片机等,来实现对工程上一些系统的温度进行范围控制的过程。
关键词:测温;PID算法;单片机;温度控制器目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章前言 (1)1.1 概述 (2)1.2 课题分析 (2)1.3 设计思路 (2)第2章系统的基本组成及工作原理 (3)2.1 系统的基本组成 (3)2.2 系统的基本工作原理 (3)第3章测温电路的选择及设计 (5)3.1热电偶测温电路 (5)3.1.1 热电偶 (5)3.1.2 毫伏变送器 (6)3.2热敏电阻测温电路 (6)3.2.1 热敏电阻 (6)3.2.2 关于铂电阻的特性 (7)3.2.3 温度丈量电路 (7)第4章芯片组的电路设计 (8)4.1A D C0809与8031接口硬件电路设计 (8)4.28155与8031接口硬件电路设计 (9)4.2.1 8155芯片的结构 (9)4.2.28155与8031接口电路 (9)4.32732E P R O M的工作原理及硬件接口设计 (11)第5章掉电呵护功能电路 (14)第6章温度控制电路 (15)6.1温度控制电路 (15)6.2控制规律的选择 (16)第7章系统程序设计 (18)7.1系统控制主程序 (18)T中断服务程 7.20序 (20)7.3采样程序及其流程图 (24)7.4数字滤波子程序及其流程图 (25)总结 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录 (30)第1章前言现代信息技术的三大基础是信息收集控制(即温度控制器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。
加热炉温度串级控制系统设计摘要: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。
生产自动控制过程中 ,随着工艺要求 ,安全、经济生产不断提高的情况下 ,简单、常规的控制已不能适应现代化生产。
传统的单回路控制系统很难使系统完全抗干扰。
串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量,因此在复杂的过程控制工业中得到了广泛的应用.对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述,设计了加热炉串级控制系统,并将基于MATLAB的增量式PID算法应用在控制系统中。
结合基于计算机控制的PID参数整定方法实现串级控制,控制结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性。
关键词:干扰串级控制主回路副回路Abstract:Automatic control of production process, with the technical requirements, security, economic production rising cases, simple, conventional control can not meet the modern production. The traditional single-loop control system is difficult to make the system completely anti-interference. Cascade control system with good anti-jamming capability, rapidity, flexibility and quality control, and therefore a complex process control industry has been widely used. Cascade control system of the characteristics and the main and sub-loop design was elaborate, designed cascade control system, furnace, and MATLAB-based incremental PID algorithm is applied in the control system. Combination of computer-based control method to achieve PID parameter tuning cascade control, control results show that the system has excellent control accuracy and stabilityKeywords:Cascade control, interference, the main circuit, the Deputy loop目录1.前言 (2)2、整体方案设计 (3)2.1方案比较 (3)2.2方案论证 (6)2.3方案选择 (7)3、串级控制系统的特点 (8)4. 温度控制系统的分析与设计 (9)4.1控制对象的特性 (9)4.2主回路的设计 (10)4.3副回路的选择 (10)4.4主、副调节器规律的选择 (10)4.5主、副调节器正反作用方式的确定 (10)5、控制器参数的工程整定 (12)6 、MATLAB系统仿真 (13)6.1系统仿真图 (13)6.2副回路的整定 (15)6.3主回路的整定 (16)7.设计总结 (18)【参考文献】 (19)11.前言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。
目录1 绪论 (1)1.1课题背景及研究目的和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3项目研究内容 (2)2 PLC和组态软件基础 (3)2.1可编程控制器基础 (3)2.2组态软件的基础 (5)3 PLC控制系统的硬件设计 (7)3.1PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (7)3.3系统整体设计方案和电气连接图 (9)3.4PLC控制器的设计 (10)4 PLC控制系统的软件设计 (13)4.1PLC程序设计的方法 (13)4.2编程软件STEP7--M ICRO/WIN概述 (13)4.3程序设计 (15)5组态画面的设计 (25)5.1组态变量的建立及设备连接 (25)5.2创建组态画面 (28)6系统测试 (32)6.1启动组态王 (32)6.2实时曲线观察 (32)6.3分析历史趋势曲线 (33)6.4查看数据报表 (35)6.5系统稳定性测试 (36)总结 (38)致谢 (39)参考文献 (40)摘要从上世纪80年代至90年代中期,PLC得到了快速的发展,在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。
本文介绍了以锅炉为被控对象,以锅炉出口水温为主被控参数,以炉膛内水温为副被控参数,以加热炉电阻丝电压为控制参数,以PLC为控制器,构成锅炉温度串级控制系统;采用PID算法,运用PLC梯形图编程语言进行编程,实现锅炉温度的自动控制。
电热锅炉的应用领域相当广泛,在相当多的领域里,电热锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。
目前电热锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术,既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。
加热炉温度自动控制系统MATLOB加热炉温度自动控制系统MATLOB是一种用于控制加热炉温度的系统。
在工业生产过程中,控制加热炉温度的准确性和稳定性对于保证产品质量和生产效率至关重要。
MATLOB系统采用先进的温度感应器和控制器,通过实时监测和调节加热炉的温度,使其保持在设定的温度范围内。
该系统具有高精度、快速响应的特点,能够有效地控制加热炉温度的波动,确保生产过程的稳定性和可靠性。
背景信息包括MATLOB系统的发展历程、应用范围和优势等方面。
通过了解MATLOB系统的背景信息,可以更好地理解该系统的重要性和作用,为后续的具体操作和维护提供基础。
系统概述加热炉温度自动控制系统MATLOB由以下主要组成部分和功能组成:温度传感器:用于测量加热炉的温度。
控制器:通过接收温度传感器的信号,对加热炉的加热器进行控制,以维持设定的目标温度。
加热器:通过加热炉的加热元件来提供加热能量。
控制算法:控制器使用特定的算法根据当前温度和目标温度之间的差异来调整加热器的输出功率,以达到温度稳定控制。
用户界面:提供给操作员对加热炉温度自动控制系统进行设置和监控的界面,如设定目标温度、显示当前温度和报警信息等。
该系统的主要功能是通过自动控制加热炉的温度,使其能够稳定地达到用户设定的目标温度。
通过温度传感器实时监测加热炉的温度,并将数据传输给控制器。
控制器根据设定的目标温度和当前温度之间的差异,通过调整加热器的输出功率来控制加热炉的温度。
用户可以通过操作界面进行设定和监控,以确保加热炉的温度处于所需的范围内。
MATLOB加热炉温度自动控制系统是一个简单而有效的解决方案,旨在提供稳定和可靠的温度控制,以满足用户对加热炉温度精确控制的需求。
加热炉温度自动控制系统MATLOB相比其他系统具有许多优势和特点,下面是一些主要的优势:高精度:MATLOB系统采用先进的传感器和控制算法,能够实现对加热炉温度的高精度控制。
这种高精度控制可以确保加热炉内的温度保持在预定的范围内,从而提高生产效率和产品质量。
摘要在现实生活当中,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。
本次设计采用单片机89C51及数字式温度传感器、数码管显示温度。
数字式温度传感器将采集到的温度数据送入单片机,单片机将采集到的温度数据与设定值进行比较,若大于设定值,则电热炉关断,若小于设定值,则电热炉继续加热。
对于设定的温度值的改变采用中断方式,当改变温度设定时,检测输入的信号,改变设定值,并在数码管上显示出设定值,此次设计初始设定值为100摄氏度。
关键字:温度自动控制、单片机、数码管目录1设计内容及步骤 (1)1.1设计要求 (1)1.2方案设计 (1)1.3设计思路 (1)2硬件设计 (2)2.1主要硬件介绍 (2)2.1.1单片机 (2)2.1.2温度传感器 (2)2.1.3开关器件 (2)2.2电路设计方法 (3)2.2.1显示部分电路 (3)2.2.2温度检测电路 (4)2.2.3键盘电路 (4)2.2.4电气开关及工作电路 (5)2.2.5整体硬件设计及工作说明 (5)3软件设计 (6)3.1数码管模块 (6)3.2按键中断输入模块 (7)3.3温度检测模块 (8)3.4主程序流程图 (9)4调试和分析 (10)5课程设计心得体会 (12)参考文献 (13)附录1整体电路图......................... 错误!未定义书签。
附录2源程序 (1)1设计内容及步骤1.1设计要求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。
目录第2章控制方案的设定 (2)2.1系统总体方案第3章加热炉温度控制系统的硬件设计…………………3.1 DDZ-Ⅲ电动温度变送器……………………………………3.2 电动执行器……………………………………………………3.3 控制台组成结构………………………………………………第4章 MCGS组态软件的设计……………………………4.1制造工程画面………………………………………………4.2 动画连接………………………………………………………4.3 定义数据对象……………………………………………………4.4程序的设计………………………………………………………第5章调试…………………………………………………设计总结心得参考文献一.系统总体方案选择与说明1.1 设计内容利用DDC控制系统来设计一个加热炉温度控制系统,其温度控制系统流程图如下图1-1所示。
图1-1 温度控制系统流程图在生产过程中,冷物料通过加热炉对其进行加热,工艺要求热物料温度必须维持在某个给定值上下,或在某一小范围内变化。
冷物料以恒定的流量通过管道输送到加热炉中进行加热变成热物料输出,热物料温度信号通过温度变送器转变成电压信号送给温度控制器,再通过调节调节阀的开度以控制燃料的进给流量来保证热物料温度的恒定。
1.2 设计思路该系统为单输入单输出过程控制系统,结构简单只采用了一个测量变送器监测被控过程、一个调节器来保持一个被控参数恒定或在很小的范围内变化,其输出也只控制一个调节阀,故采用单回路控制系统。
1)被控参数的选择根据设计要求可知,加热炉的温度要求保持在一恒定值。
所以,可以直接选取加热炉的温度作为被控参数。
2)控制参数的选择影响加热炉的温度有两个量,一是冷物料的流量。
二是燃料的流量。
调节这两个流量的大小都可以改变温度的变化,这样构成加热炉温度控制系统就有两种控制方案。
一般采用燃料的流量控制作为控制参数较好。
3)调节阀的选择本设计选用电动调节阀。
加热炉温度串级控制系统设计摘要:生产自动控制过程中 ,随着工艺要求 ,安全、经济生产不断提高的情况下 ,简单、常规的控制已不能适应现代化生产。
传统的单回路控制系统很难使系统完全抗干扰。
串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量,因此在复杂的过程控制工业中得到了广泛的应用.对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述,设计了加热炉串级控制系统,并将基于MATLAB的增量式PID算法应用在控制系统中.结合基于计算机控制的PID参数整定方法实现串级控制,控制结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性.关键词:串级控制干扰主回路副回路Abstract:Automatic control of production process, with the technical requirements, security, economic production rising cases, simple, conventional control can not meet the modern production. The traditional single-loop control system is difficult to make the system completely anti-interference. Cascade control system with good anti-jamming capability, rapidity, flexibility and quality control, and therefore a complex process control industry has been widely used. Cascade control system of the characteristics and the main and sub-loop design was elaborate, designed cascade control system, furnace, and MATLAB-based incremental PID algorithm is applied in the control system. Combination of computer-based control method to achieve PID parameter tuning cascade control, control results show that the system has excellent control accuracy and stabilityKeywords:Cascade control, interference, the main circuit, the Deputy loop目录1.前言 (2)2、整体方案设计 (3)2.1方案比较 (3)2.2方案论证 (5)2.3方案选择 (5)3、串级控制系统的特点 (6)4. 温度控制系统的分析与设计 (7)4.1控制对象的特性 (7)4.2主回路的设计 (8)4.3副回路的选择 (8)4.4主、副调节器规律的选择 (8)4.5主、副调节器正反作用方式的确定 (8)5、控制器参数的工程整定 (10)6 、MATLAB系统仿真 (10)6.1系统仿真图 (11)6.2副回路的整定 (12)6.3主回路的整定 (13)7.设计总结 (16)【参考文献】 (16)1.前言加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一。
加热炉的控制系统引言加热炉是工业生产中常用的设备,用于加热各种材料以达到所需温度。
为了确保加热过程的稳定性和安全性,高效的控制系统是必不可少的。
本文将介绍加热炉的控制系统的基本原理、组成部分,以及常见的控制策略和技术。
基本原理加热炉的控制系统的基本原理是通过不同的控制器对加热炉的加热过程进行调节,以达到所需的温度。
控制系统通过测量加热炉内部的温度,并与设定的目标温度进行比较,根据比较结果发出控制信号,控制加热器的加热功率。
组成部分加热炉的控制系统由以下几个核心组成部分组成:温度传感器温度传感器用于测量加热炉内部的温度。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻和红外线传感器等。
传感器将测量到的温度值转换成电信号,供控制器使用。
控制器控制器是整个加热炉控制系统的核心部分,负责测量、比较和控制加热炉的温度。
控制器接收从温度传感器传来的温度信号,并与设定的目标温度进行比较,根据比较结果发出控制信号。
常见的控制器有PID控制器和PLC控制器。
加热器加热器负责提供加热炉所需的能量。
根据控制器发出的控制信号,加热器调整加热功率,以达到所需的温度。
常见的加热器有电阻加热器、电磁感应加热器和燃烧器等。
接口设备接口设备用于与人机界面进行交互,方便操作人员对加热炉的控制系统进行设置和监控。
常见的接口设备有触摸屏、键盘和显示屏等。
控制策略加热炉的控制系统根据控制策略的不同,可以分为开环控制和闭环控制。
开环控制开环控制是指控制系统只根据预先设定的参数进行控制,无法对实际温度进行反馈。
开环控制常用于加热炉加热过程稳定、温度变化较小的场景。
开环控制的优点是简单、成本低,但缺点是对外界扰动敏感,无法及时校正温度偏差。
闭环控制闭环控制是指控制系统通过温度传感器对实际温度进行反馈,并根据反馈信息调整控制器的输出信号,以使实际温度更接近目标温度。
闭环控制具有良好的稳定性和鲁棒性,在加热炉温度变化大、外界扰动较大的场景中表现出较好的性能。
控制技术加热炉的控制系统使用多种控制技术来确保加热过程的稳定和安全。
加热炉设计毕业设计摘要:本毕业设计旨在设计并制作一个加热炉,用于加热金属材料。
该加热炉采用能源高效的电加热方式,具有瞬时加热和温度控制功能。
设计包括电路设计、结构设计和控制系统设计。
通过实验验证了该加热炉的性能和效果。
关键词:加热炉、电加热、温度控制、结构设计、性能验证1.引言加热炉是一种常见的工业设备,用于加热各种材料。
它在金属加工、玻璃制造、陶瓷制品生产等领域广泛应用。
传统的加热炉通常使用燃气或燃油作为能源,效率低下。
而电加热炉由于其能源高效、可控性好的特点,越来越受到人们的关注。
2.设计目标本设计的目标是制作一个电加热炉,实现金属材料的快速加热和温度控制。
具体目标包括:(1)设计一个高效的加热电路,能够提供足够的功率;(2)设计一个合适的结构,能够容纳不同尺寸的材料;(3)设计一个稳定可靠的控制系统,能够精确控制温度。
3.电路设计电路设计是电加热炉设计的核心。
根据加热材料的不同需求,选择合适的加热元件。
本设计采用了电阻丝作为加热元件,通过调整电阻丝的长度和布局位置,控制不同区域的加热功率。
电路控制部分采用了微控制器进行控制,通过PWM调整电源输出的占空比控制加热功率。
通过传感器测量温度,将测得的温度与设定温度进行比较,调整PWM占空比,实现温度的闭环控制。
4.结构设计为了适应不同尺寸的加热材料,设计了一个可调节的结构。
该结构由固定底座和可上下移动的夹具组成,夹具通过滑轨与底座连接,可以根据材料尺寸的不同进行调整。
5.控制系统设计控制系统设计包括硬件设计和软件设计两个部分。
硬件设计主要是选择合适的传感器、微控制器和开关电源。
软件设计主要是编写控制程序,实现温度控制、显示和参数设定等功能。
6.实验与验证为了验证设计的加热炉的性能和效果,进行了一系列实验。
通过测量不同材料在不同温度下的加热速度和温度控制的精度,对设计进行了评估。
7.结论本设计成功制作了一个加热炉,实现了金属材料的快速加热和温度控制。
加热炉前馈--串级控制系统加热炉前馈-串级控制系统是一种先进的控制系统,主要用于加热炉的温度控制。
这种控制系统能够有效地提高加热炉的温度控制精度,减少能源浪费,提高生产效率。
下面将对这种控制系统进行详细的介绍。
一、前馈控制系统前馈控制系统是一种开环控制系统,它通过测量输入信号的变化,提前对输出信号进行控制,以达到减少干扰信号对系统的影响。
在加热炉控制系统中,前馈控制系统可以用来提前控制加热炉的输出,以达到防止因外部干扰引起的温度波动。
前馈控制系统的核心是前馈控制器,它根据输入信号的变化,产生相应的控制信号,以控制加热炉的输出。
前馈控制器通常采用PID控制算法,通过对输入信号的变化进行比例、积分和微分处理,产生相应的控制信号。
二、串级控制系统串级控制系统是一种闭环控制系统,它由两个控制器串联组成,一个控制器的输出作为另一个控制器的输入。
在加热炉控制系统中,串级控制系统可以用来提高温度控制的精度和稳定性。
串级控制系统的核心是两个控制器,一个是内环控制器,另一个是外环控制器。
内环控制器根据加热炉的当前温度和设定温度的差异,产生相应的控制信号,以控制加热炉的输出。
外环控制器则根据加热炉的输出和目标值的差异,产生相应的控制信号,以调整内环控制器的设定值。
三、加热炉前馈-串级控制系统加热炉前馈-串级控制系统结合了前馈控制系统和串级控制系统的优点,能够更有效地提高温度控制的精度和稳定性。
在加热炉前馈-串级控制系统中,前馈控制器通过对输入信号的变化进行预测,提前控制加热炉的输出。
串级控制器则通过内环控制器和外环控制器的串联,实现对加热炉温度的精确控制。
具体来说,前馈控制器根据加热炉的输入信号(如燃料流量、空气流量等)的变化,预测出加热炉的温度变化趋势,并提前调整加热炉的输出。
然后,内环控制器根据加热炉的当前温度和设定温度的差异,产生相应的控制信号,以控制加热炉的输出。
同时,外环控制器根据加热炉的输出和目标值的差异,产生相应的控制信号,以调整内环控制器的设定值。
加热炉温度串级控制系统设计引言:加热炉是工业生产中常用的设备之一,用于加热物体到目标温度。
为了确保加热炉的温度能够稳定地达到所需温度并且尽量减小温度误差,本文将就一种串级控制系统的设计进行阐述。
串式控制系统使用了两组控制器,一个主控制器 (Master Controller) 和一个从控制器 (Slave Controller),通过对系统的不同层次进行控制,实现了温度的快速、准确地调节。
本文将针对主控制器和从控制器的设计进行详细说明。
一、主控制器设计:主控制器的作用是通过对从控制器的输出进行调节,以实现加热炉温度的稳定。
主控制器采用PID控制算法,其中P代表比例控制,I代表积分控制,D代表微分控制。
PID控制算法充分考虑了温度调节系统的动态和静态特性,并能够在不同的工作条件下自动调整参数,以保证系统的稳定性和快速响应。
在主控制器设计中,首先需要确定温度传感器的位置,将温度传感器安装在加热炉的合适位置,以获取准确的温度信息。
接下来,需要对主控制器的参数进行设置。
主控制器的参数设置对系统的稳定性和响应时间有着重要影响。
在设置主控制器的参数时,可以采用经验法或者试探法。
经验法是根据历史数据和经验对主控制器参数进行初始化,然后通过不断实际运行和调节参数,直到系统达到理想状态。
试探法则是在实际运行过程中,逐步调节参数,观察系统响应并作出相应调整。
两种方法都可以达到主控制器参数的最优化,但试探法的调试过程可能会相对较长。
二、从控制器设计:从控制器的作用是根据主控制器的输出对加热炉的加热功率进行调节。
从控制器也采用PID控制算法来实现。
从控制器的设计需要考虑如下因素:1.从控制器对主控制器的输出进行调节,以实现稳定的加热功率控制。
根据实际需要和经验,设置从控制器的参数,使得从控制器能够快速、准确地响应主控制器的输出。
2. 考虑到加热炉的动态特性,可以利用先进的控制算法,如模型预测控制 (Model Predictive Control)等,将从控制器的参数调整为非线性和时变的。
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;可控硅电压调整器仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢AbstractTemperature 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 Temperature control PID temperature pickup SCR V oltage Converter仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢I目录摘要......................................................... Abstract .. (I)第1章绪论 01.1 课题背景及意义 01.2 研究的主要内容 01.3 系统的设计目标及技术要求 01.4 控制系统的设计原理 (1)1.5 技术综述 (1)第2章硬件设计 (3)2.1 西门子S7-200 PLC (3)2.1.1 西门子S7-200主要功能模块介绍 (3)2.1.2 开关量I/O模块介绍 (4)2.2 温度传感器 (4)2.2.1 热电偶 (5)2.2.2 热电阻 (5)2.3 模拟量输入模块 (7)2.3.1 EM231模拟量输入模块 (7)2.3.2 EM232模拟量输出模块 (9)2.4 可控硅电压调整器 (10)2.4.1 可控硅电压调整器简介 (10)2.4.2 可控硅电压调整器的主要性能指标 (11)2.4.3 双向可控硅交流调压原理 (11)2.4.4 可控硅电压调整器在加热炉中的应用 (12)2.5 本章小结 (13)第3章炉温PID控制算法 (14)3.1 PID控制器基本概念 (14)3.2 PID控制算法数字化处理 (15)3.3 PID在PLC中的回路指令 (18)3.4 模拟量采集的数字滤波算法 (20)3.5 采样周期的选择 (22)3.6 PID参数整定 (23)3.7 本章小结 (26)第4章软件设计 (27)4.1 STEP7编程软件简介 (27)4.2 方案设计思路 (27)4.3 程序流程图 (29)仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢II4.4 系统程序实现 (29)4.5 PLC炉温控制系统的调试 (30)4.6 本章小结 (30)第5章组态画面设计 (31)5.1 组态王简介 (31)5.2 组态画面设计 (31)5.2.1 创建项目 (31)5.2.2 创建主画面 (33)5.2.3 建立实时趋势曲线 (34)5.2.4 创建报警窗口 (34)5.2.5 建立系统原理画面 (35)5.2.6 建立参数监控画面 (36)5.3 本章小结 (37)第6章系统调试 (38)6.1 组态王与S7-200的通信 (38)6.2 启动组态王 (38)6.3 参数设定和监控 (39)6.4 报警信息提示 (40)6.5 趋势曲线监控 (41)6.6 本章小结 (42)结论 (43)致谢 (44)论文从选题开始到脱稿完成,其间经历了诸多的困惑和迷茫,收集资料的辛苦和设计与写作中的煎熬,使我深感这不仅仅是一篇本科论文的如期完成,更是对自己四年来所学的理论知识的一次综合性检验。
(44)参考文献 (45)附录1 (46)附录2 (48)附录3 (51)仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢III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。
其中,温度是一个非常重要的过程变量。
例如:在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域,都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制[1]。
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。
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,通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点,而且可以大幅度提高被测温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。
因此,PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。
这也正是本设计所重点研究的内容。
1.2研究的主要内容本课题的研究内容主要有:1)温度的检测;2)采用PLC进行恒温控制;3)PID算法在PLC中如何实现;4)PID参数对系统控制性能的影响;5)温控系统人机界面的实现;1.3系统的设计目标及技术要求本PLC温度控制系统的具体指标要求是:对加热器加热温度调整范围为800℃—1000℃,温度控制精度小于3℃,系统的超调量须小于15%,并具有温度上下限报警功能和故障报警功能。
软件设计须能进行人机对话,考虑到本系统控制对象为电炉,是一个大延迟环节,且温度调节范围较宽,所以本系统对过渡过程时间不予要求。
仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢01.4控制系统的设计原理加热炉温度控制系统基本构成如图1-1所示,它由PLC主控系统、可控硅电压调整器、加热炉、温度传感器、温度变送器等几个部分组成[2]。
图1-1 加热炉温度控制系统基本构成框图通过调节双向可控硅的通断来调节电阻丝的输出功率,由温度检测元件热电阻将采集到的炉膛温度信号,经过温度变送器转换为电压信号,PLC主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化为西门子S7-200PLC可识别的数字量。
用编制好的程序对其进行计算,得到实际温度值,在与给定的温度值比较,得到的偏差经过PID运算后,输出的数字量经过D/A转换,在由模拟量输出模块送给可控硅电压调整器,产生可控硅脉冲触发信号,该信号触发可控硅电路,最终由该电路驱动电炉的加热丝,通过调整可控硅触发信号(即调节供电电压每个周期的导通角),即可控制电炉电压的通断及大小,进而达到控制炉温的目的。
1.5技术综述自70年代以来,由于工业过程控制的需要,特别是在电子技术的迅猛发展,以及自动控制理论和设计方法发展的推动下,国外温度控制系统发展迅速,并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。
在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先,并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表,在各行业广泛应用。
目前,国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。
温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同国外的日本、美国、德国等先进国家相比,仍然有着较大的差距。
目前,我国在这方面总体技术仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢1水平处于20世纪80年代中后期水平。
成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主,它只能适应一般温度系统控制,难于控制滞后复杂时变温度系统控制,而且适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不十分成熟,形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。