加热炉温度控制系统工作原理

课程设计姓名张镇炀学号********班级电气优创0801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, 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S7-300PLC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S7-300PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。

关键词：西门子S7-300PLC，PID，温度传感器，固态继电器目录摘要 (I)Abstract ........................................... 错误!未定义书签。

第一章引言 ....................................... 错误!未定义书签。

1.1 系统设计背景............................... 错误!未定义书签。

1.2 系统工作原理 (IV)1.3 系统设计目标及技术要求 (IV)1.4 技术综述 (IV)第二章系统设计 (V)2.1 控制原理与数学模型 (V)2.1.1 PID控制原理 (V)2.1.2 PID指令的使用注意事项 (VIII)2.2 采样信号和控制量分析 (IX)2.3 系统组成 (IX)第三章硬件设计 ................................................... X I3.1 PLC的基本概念 (XI)3.1.1 模块式PLC的基本结构 (XII)3.1.2 PLC的特点 (XIII)3.2 PLC的工作原理 (XIV)3.2.1 PLC的循环处理过程 (XIV)3.2.2 用户程序的执行过程 (XVI)3.3 S7-300 简介 (XVI)3.3.1 数字量输入模块 (XVII)3.3.2 数字量输出模块 (XVII)3.3.3 数字量输入/输出模块 (XVII)3.3.4 模拟量输入模块 (XVII)3.3.5 模拟量输出模块 (XVIII)3.4 温度传感器 (XVIII)3.4.1 热电偶 (16)3.4.2 热电阻 (17)3.5 固态继电器 (XX)3.5.1 概述 (18)3.5.2 固态继电器的组成 (18)3.5.3 固态继电器的优缺点 (19)第四章软件设计 ................................................. X XII4.1 STEP7编程软件简介 (XXII)4.1.1 STEP7概述 (XXII)4.1.2 STEP7的硬件接口 .......................... .. (XXII)4.1.3 STEP7的编程功能 (XXII)4.1.4 STEP7的硬件组态与诊断功能 (XXIII)4.2 STEP7项目的创建 (XXIV)4.2.1 使用向导创建项目 (XXIV)4.2.2 直接创建项目 (XXIV)4.2.3 硬件组态与参数设置 (XXIV)4.3 用变量表调试程序 (XXVI)4.3.1 系统调试的基本步骤 (XXVI)4.3.2 变量表的基本功能 (XXVII)4.3.3 变量表的生成 (XXVIII)4.3.4 变量表的使用 (XXVIII)4.4 S7-300的编程语言 (XXIX)4.4.1 PLC编程语言的国际标准 (XXIX)4.4.2 STEP7中的编程技术 (XXX)结束语 ......................................................... X XXIV 致谢 (33)参考文献 (34)附录 (35)1.1系统设计背景近年来，加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，冶金﹑机械﹑食品﹑化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉﹑热处理炉﹑反应炉，对工件的处理均需要对温度进行控制。

电加执八、、炉温度控制系统设计电加热炉温度控制系统设计1. 设计的意义：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。

2. 方案的设计：要求利用所学过的知识设计一个温度控制系统, 加热炉温度检测，到设定温度后，进行保温控制. 要想达到技术要求的内容，用到的器件有：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。

原理图如下图1：图1 电加热炉温度控制系统原理图2.1 硬件选择：1. 单片机这里选用AT89C52 单片机作为控制系统的处理器。

AT89C52 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。

温度自控电加热炉工作原理
温度自控电加热炉是一种通过控制电流和加热时间来维持恒定温度的加热设备。

其工作原理如下：
1. 电源供电：将电加热炉连接到电源上，通过开关打开电流供应。

2. 温度传感器：电加热炉内部配备了温度传感器，用于检测当前炉内的温度。

3. 控制系统：电加热炉配备了一个智能控制系统，根据温度传感器的反馈信号，实时监测和调节炉内温度。

4. 控制信号：控制系统会根据设定的温度值与当前测量值进行比较，生成控制信号。

5. 电流调节：根据控制信号，控制系统会调节电流的大小，通过调整电流的传输量来控制炉内的加热速度。

6. 加热时间控制：控制系统还会根据控制信号，控制加热时间的长短，以实现温度的持续控制。

7. 反馈机制：通过不断监测和调节加热过程中的温度变化，控制系统能够及时调整电流和加热时间，以保持设定的恒定温度。

总结：温度自控电加热炉通过温度传感器、控制系统和电流调节来实现对加热过程的控制，以达到恒定温度的目的。

这种炉
子广泛应用于工业生产中的高温加热过程，提高了生产效率和产品质量。

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。

系统模型：2、工艺要求按照规定的曲线进行升温和降温，温度控制范围为50—350℃，升温和降温阶段的温度控制精度为+5℃，保温阶段温度控制精度为+2℃。

3、要求实现的系统基本功能微机自动调节：正常工况下，系统投入自动。

模拟手动操作：当系统发生异常，投入手动控制。

微机监控功能：显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出值，参数报警时有灯光报警。

4、对象分析在本设计中，要求电阻炉炉内的温度，按照上图所示的规律变化，从室温开始到50℃为自由升温阶段，当温度一旦到达50℃，就进入系统调节，当温度到达350℃时进入保温段，要始终在系统控制下，一保证所需的炉内温度的精度。

加工结束，要进行降温控制。

保温段的时间为600—1800s。

过渡过程时间：即从开始控制到进入保温阶段的时间要小于600s。

加热炉温度控制系统标题：加热炉温度控制系统摘要：加热炉温度控制系统是一种用于控制加热炉温度的设备。

它通过监测加热炉内的温度并相应地调节加热器的工作状态，以保持加热炉内的温度在设定范围内稳定。

本文将介绍加热炉温度控制系统的原理、组成部分以及工作流程，并探讨其在工业生产中的应用。

关键词：加热炉、温度控制、加热器、工业生产1. 引言加热炉是一种常见的热处理设备，广泛应用于冶金、机械加工和材料研究等领域。

在加热炉的使用过程中，保持加热炉内的温度稳定是非常重要的。

过低的温度会导致加热不充分，影响产品的质量；过高的温度则会造成能源的浪费，甚至导致设备损坏。

因此，开发一种稳定且可靠的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. 温度控制系统的原理温度控制系统通常由温度传感器、控制器和执行器组成。

温度传感器用于实时监测加热炉内的温度变化，将温度信号传输给控制器。

控制器根据设定的温度范围和温度传感器反馈的实时温度，计算出相应的控制信号。

执行器根据控制信号调节加热器的工作状态，从而实现加热炉温度的稳定控制。

3. 温度控制系统的组成部分3.1 温度传感器温度传感器是温度控制系统中的重要组成部分。

常用的温度传感器有热电阻和热电偶两种。

热电阻传感器的工作原理是利用金属电阻随温度变化而发生的电阻变化，通过测量电阻的变化来确定温度。

热电偶传感器则是利用两种不同材料的接触产生的热电势随温差变化而变化，通过测量热电势的变化来确定温度。

3.2 控制器控制器是温度控制系统的核心部件，负责计算控制信号并将其传输给执行器。

控制器根据设定的温度范围和温度传感器反馈的实时温度，做出相应的控制决策。

常见的控制器包括PID控制器和模糊控制器。

PID控制器根据比例、积分和微分三个方面来调节控制信号；模糊控制器则利用模糊逻辑推断得出控制信号。

3.3 执行器执行器根据控制器传输的控制信号调节加热器的工作状态。

常见的执行器包括电动阀和可调电阻。

加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计一、引言加热炉是一种常用于工业生产中的设备，其作用是通过燃烧燃料加热空气或其他介质，使其达到所需温度。

加热炉的出口温度和炉膛温度是评估加热炉性能的关键指标。

为了提高加热炉的控制精度和稳定性，需要设计出一个合理的加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统。

二、串级控制系统的基本原理串级控制系统是一种将两个或以上的控制回路串接在一起，将一个控制器的输出作为另一个控制器的输入，通过不同层次的控制，实现对被控对象的精确控制。

在加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统中，可以将炉膛温度作为外环控制，将加热炉出口温度作为内环控制。

三、串级控制系统的设计步骤1.确定控制目标：在此串级控制系统中，控制目标是将加热炉出口温度控制在一定范围内，并同时保持炉膛温度稳定。

2.确定输入变量和输出变量：输入变量为控制器输出信号，输出变量为加热炉出口温度。

3.系统的数学模型：确定加热炉出口温度与炉膛温度之间的动态关系，建立数学模型。

可以采用传统的PID控制器或者现代控制理论中的模型预测控制等方法。

4.设计外环控制器：外环控制器根据炉膛温度的反馈信号调整燃料供给，以控制炉膛温度的稳定性。

5.设计内环控制器：内环控制器根据外环控制器的输出信号和加热炉出口温度的反馈信号调整燃料供给，以控制加热炉出口温度。

6.仿真与优化：使用仿真软件对设计的串级控制系统进行仿真，观察系统的响应特性，并根据实际需求进行调整和优化。

7.实际系统应用：将优化后的串级控制系统应用到实际加热炉中，并进行调试和验证。

四、串级控制系统的优势1.提高控制精度：串级控制系统将控制精度分为两个层次进行控制，可以快速响应外环控制器的调整，从而提高系统的控制精度。

2.提高稳定性：串级控制系统通过多层次的控制，减少了外界扰动对系统稳定性的影响。

3.提高动态响应速度：串级控制系统可以根据内环的控制效果对外环的控制进行调整，从而实现更快的动态响应。

加热炉工作原理
加热炉是一种能够产生高温的设备，通过加热燃料或电能来实现物体的加热。

加热炉主要由炉体、燃烧系统、加热源以及控制系统等组成。

燃烧系统是加热炉的关键部分。

燃烧系统中的燃料（如天然气、液化石油气等）与空气混合后，在炉腔内进行燃烧反应。

燃烧产生的高温燃烧气体和煤气在炉腔内进行充分的热交换，使得工件可以被加热。

加热源根据加热炉的不同类型而有所差异。

一般来说，常见的加热源包括电加热元件、燃烧加热器和辐射加热管等。

电加热元件是将电能转换为热能，通过电阻加热的方式使得工件被加热。

燃烧加热器则通过燃料在炉腔内燃烧产生的高温气体来传递热量。

辐射加热管则是利用辐射热源将热能传递给工件。

控制系统是加热炉的重要组成部分，用于对加热过程进行控制。

控制系统可以根据温度的要求，实现加热炉的温度调整、维持和稳定。

它可以通过传感器实时监测工件的温度，并将实际温度与设定温度进行比较，以达到控制加热功率的目的。

在加热炉工作过程中，炉腔内的高温气体或热辐射能够有效地将热量传递给工件，使其温度升高。

加热炉的工作原理就是通过燃料或电能的加热产生高温，然后将高温传递给工件，实现对工件的加热。

控制系统能够准确控制加热功率和温度，以满足工件的加热需求。

总之，加热炉工作原理是通过燃烧燃料或电能产生高温，然后将高温传递给工件，实现对工件的加热。

控制系统操控温度，以确保加热过程的稳定性和工件的加热质量。

加热炉的结构和工作原理加热炉是一种用于加热材料的设备，它能够提供高温环境来加热固体、液体或气体物质。

加热炉的结构和工作原理如下：一、加热炉的结构:1. 炉体外壳：加热炉的外壳通常由金属板制成，具有很强的耐热和耐腐蚀性能，以保护内部的热源和加热装置。

2. 加热装置：加热炉的加热装置通常位于炉体的底部或侧面，可采用电加热器、燃气燃烧器、石油燃烧器等不同的形式。

3. 隔热层：加热炉的隔热层主要用于减少热量的散失，提高炉腔的温度稳定性。

常用的隔热材料包括陶瓷纤维、石棉等。

4. 控制系统：加热炉的控制系统通常由温度控制器、计时器、电源控制等部分组成，用于调节加热功率和控制炉腔温度。

5. 排气系统：加热炉通常需要排除炉内产生的有害气体或烟雾，使用排气系统可以有效将这些气体排出。

二、加热炉的工作原理：1. 加热炉的加热方式可以分为辐射加热和对流加热两种形式。

- 辐射加热：通过辐射传热的方式，将加热源所产生的热能传递给被加热的物料。

在加热炉内部，加热源（如电加热器或燃气燃烧器）产生高温，并释放红外线辐射能，这些能量通过辐射作用传递给物料表面，使其加热。

- 对流加热：通过传导和对流传热的方式，将热能传递给被加热的物料。

在加热炉内部，通过对流传热方式使加热源与物料表面之间建立热交换，将热能逐渐传递给物料。

2. 加热炉的工作过程通常包括预热、加热和冷却三个阶段。

- 预热：在加热炉的开始阶段，加热源被启动，并通过传热方式将热能传递给物料，提高其温度。

- 加热：在预热阶段之后，加热源继续工作，保持一定的加热功率，以维持物料的所需温度。

- 冷却：当物料达到所需温度后，加热源关闭，加热炉的内部温度逐渐下降，使物料冷却到所需温度。

加热炉的工作原理就是通过加热装置产生的热能，经过辐射或对流传热途径，将热能传递给物料，使其达到所需的温度。

同时，通过控制系统对功率和温度进行调节和控制，以满足对物料加热的要求。

总之，加热炉的结构和工作原理是多种要素的综合作用，可以根据具体的需求和工艺条件进行设计和调整，其应用广泛，例如在冶金、化工、电子、材料等领域中都有着重要的作用。

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。