当前位置：文档之家 › 加热炉温度控制系统设计与仿真研究_毕业设计论文 精品

加热炉温度控制系统设计与仿真研究_毕业设计论文 精品

  • 格式：doc
  • 大小：2.47 MB
  • 文档页数：48

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：加热炉温度控制系统设计与仿真研究加热炉温度控制系统设计与仿真研究摘要在钢铁企业中，为了将钢坯加热到轧制所规定的工艺要求，必然地要求对加热炉内的温度进行有效的控制，使之保持在某一特定的范围内。

而温度的维持又要求燃料在炉内稳定地燃烧。

加热炉燃烧过程是受随机因素干扰的，具有大惯性、纯滞后的非线性过程。

本设计针对加热炉燃烧控制系统，主要介绍的控制方案有单回路控制系统、串级比值控制系统、单交叉限幅控制系统、双交叉限幅控制系统，并对每一种控制方案进行了理论分析。

运用MATLAB软件对温度控制系统进行了较为全面的仿真和性能分析。

通过分析比较可以得出结论，双交叉限幅对加热炉温度的控制优于其它的控制方案。

双交叉限幅的炉温控制系统使煤气流量和空气流量相互限制，既防止了燃烧中冒黑烟，也防止了空气过剩，达到控制加热炉温度，提高煤气燃烧率，避免环境污染等目的。

关键词：加热炉；单交叉限幅控制；双交叉限幅控制；MATLAB仿真Temperature Control of Heating Furnace System Design andSimulink StudyAbstractIn the enterprises where producing iron and steel, in order to heat up billet to the technological requirements of rolling, the temperature inside the furnace must be controlled effectively so that it remains in a specific range. Maintaining the temperature needs the stable burning of fuel inside the furnace. Furnace combustion process is a non-linear process which is subject to the random interference, great inertia and the pure time delay.The design for the furnace combustion control system is mainly on the control of a single-loop control programme, the ratio of cascade control system, control system limiting unilateral, bilateral limiting control system, and analyses each of the control programme on theory. Using MATLAB software makes a more comprehensive simulation and performance analysis on the temperature control system. Through analysis and comparison we can conclude that bilateral limiting control system is superior to others in the furnace temperature control. The temperature control system of bilateral limiting control system makes gas flow and air flow restrict on each other, which not only prevent the burning of black smoke, but also prevent the excess air, to reach the purposes of controlling the furnace temperature, enhancing the rate of combustion gas and avoiding pollution and others.Key words: furnace; single-limiting control; bilateral-limiting control; MA TLAB Simulation目录摘要 (II)Abstract (III)第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 国内现状 (2)1.3 本设计的研究内容 (2)第二章加热炉工艺简介 (3)2.1 加热炉的组成 (3)2.2 加热炉的温度加热方式 (3)2.3 加热炉工艺流程 (3)2.4 加热炉温度控制要求 (5)2.4.1 燃烧系统 (6)2.4.2 炉膛负压 (7)2.5 空燃比 (8)第三章加热炉的温度控制系统 (10)3.1 单闭环控制系统 (11)3.2 炉膛负压控制系统 (12)3.3 串级比值燃烧控制系统 (13)3.4 单交叉限幅燃烧控制系统 (15)3.4.1 单交叉限幅燃烧控制系统工作原理 (15)3.4.2 单交叉限幅燃烧控制系统特点 (17)3.5 双交叉限幅燃烧控制系统 (17)3.5.1 双交叉限幅燃烧控制原理图 (17)3.5.2 双交叉限幅燃烧控制系统的工作原理 (18)3.5.3 双交叉限幅燃烧控制特点 (20)第四章加热炉温度控制系统仿真 (23)4.1 对象模型的建立 (23)4.2 系统各装置数学模型的建立 (24)4.3 仿真软件简介 (26)4.4 加热炉炉温控制系统仿真结果分析 (27)4.4.1 炉温单回路控制仿真 (27)4.4.2 燃料空气串级比值控制仿真 (31)4.4.3 单交叉限幅控制仿真 (34)4.4.4 双交叉限幅控制仿真 (36)4.5 总结 (38)第五章系统的检测变送装置及正反作用 (39)5.1 检测变送 (39)5.1.1 差压式流量计 (39)5.1.2 热电偶 (39)5.2 系统仪表正反作用的确定 (40)参考文献 (41)致谢 (42)第一章绪论1.1 概述加热炉是热轧生产过程的重要热工设备，其能耗占到钢铁工业总能耗的25%。

它的主要作用是提高钢坯的塑性，降低变形抗力，以满足轧制工艺的要求。

其温度控制性能直接影响到加热炉的能耗和最终钢材产品质量、钢坯成材率、轧制设备寿命以及整个轧线的有效作业率。

钢坯在轧前进行加热，是钢坯在热加工过程中一个必须的环节。

对轧钢加热炉而言，加热的主要目的就是提高钢坯的塑性，降低变形抗力。

钢坯加热应满足下列要求：（1）加热温度应严格控制在规定的温度范围，防止产生加热缺陷。

钢坯加热应当保证在轧制全部过程都具有足够的可塑性，满足生产要求，但并非说钢坯加热温度越高越好，而应有一定的限度，过高的加热温度可能产生废品和浪费能源。

（2）加热制度必须满足不同钢种、不同断面、不同形状的钢坯在具体条件下合理加热。

（3）钢坯加热温度应在长度、宽度和断面上均匀一致。

钢坯加热温度是指钢坯在加热炉内加热完毕出炉时的表面温度。

确定钢坯加热温度不仅要根据钢种的性质而且还要考虑到加工的要求，以获得最佳的塑性，最小的变形抗力，从而有利于提高轧制的产量、质量、降低能耗和设备磨损。

锻造加热炉必须保证1250℃以上的炉温。

这种炉在以发热量低于1300千焦／米3的煤气或发热量低于5000千焦／千克的煤为燃料时，将难于甚至不能达到需要炉温，这时可对煤气和空气进行预热。

例如：煤气发热量为1200千焦／米3，仅能达到约1200℃的炉温,而将空气预热到400℃时，则可达到约1320℃的炉温。

加热炉的离炉烟气带走的热量约占供入炉内热量的50～60％。

利用这部分热量预热空气和煤气是节约燃料的有效方法。

燃料节约百分数与离炉烟气温度成正比，离炉烟气温度越高，则燃料节约百分数越大。

例如：燃烧发生炉煤气的炉子，同样将空气预热到500℃，间断式加热炉的离炉烟气温度为1200℃，燃料节约达30％；连续式加热炉的离炉烟气温度为900℃，燃料节约则为23％。

1.2 国内现状我国从80年代初开始进入加热炉计算机控制系统研究阶段。

就国内来说，我国钢铁企业现有轧钢炉窖近千座，其中加热炉700多座。

目前，国内大多数加热炉的计算机控制水平很低，虽然引进了一些先进的控制系统和设备，但绝大部分加热炉计算机控制系统仍然处在计算机过程控制的水平上，甚至还有少数加热炉由人工操作，其加热质量和能耗与国外同行相比相距甚远。

在理论研究方面，近年来，国内对加热炉数学模型的研究越来越活跃起来，我国的科学工作者进行了大量的卓有成效的研究工作，取得了一些研究成果。

有很多学者，对钢坯升温的数学模型进行了研究，还有学者将燃料消耗与钢温联系起来，构成燃料消耗最低的真实目标函数，从而可以运用最优升温曲线。

1.3 本设计的研究内容本设计源于三段式推钢侧出加热炉，燃料采用高炉焦炉混合煤气。

在参照相关理论的基础之上，设计了该加热炉控制系统，包括加热炉内的加热炉串级比值控制、单交叉限幅、双交叉限幅燃烧控制，很好地抑制了处于副环（煤气热值和压力的波动、生产率的改变及炉内参数的变化等）的干扰因素对加热炉运行的影响；提高了炉温控制的快速性，实现了加热炉燃烧过程的控制。

本人在阅读了大量的文献资料的基础上，对加热炉相关工艺进行了深入的了解，分析了加热炉控制系统的难点。

在现有几种燃烧控制方法的基础上，提出了双边限幅控制，使系统性能得到了极大的改善。

运用MATLAB软件对温度控制系统进行了较为全面的仿真和性能分析。

第二章加热炉工艺简介2.1 加热炉的组成加热炉由以下几个基本部分构成：炉膛与炉衬、装出料设备、燃料系统、供风系统、排烟系统、冷却系统、电子计算机控制系统、余热利用装置、检测及调节装置等。

2.2 加热炉的温度加热方式加热炉的温度加热方式大体分为：一段式加热方式、两段式加热方式、三段式及多段式加热方式。

三段式加热方式是比较完善的加热制度，它是把钢坯放在三个温度条件不同的区域内加热，依次是：预热段、加热段、均热段。

钢坯首先在低温区域进行预热，这时加热速度比较慢，温度应力小，不会造成危险。

当钢坯温度超过500℃～600℃以后，进入塑性范围，这时就可以快速加热，直到表面温度快速升高到出炉所要求的温度。

加热期结束时，钢坯断面上还有较大的温差，需要进入均热期进行均热，此时钢坯表面温度不再升高，而使中心温度逐渐上升，缩小断面上的温度差。

合集下载

加热炉的温度自动控制系统研究与设计

加热炉的温度自动控制系统研究与设计

加热炉的温度自动控制系统研究与设计1研究目的目前，自动控制技术已经在生活中的很多方面得到了很好的应用，比如在我们生活中的加热设备就是一个很常见的自动化控制的实际应用，通过研究这一类系统的性能并给出一些切实可行的改进方案，使得系统的性能能进一步完备和优良也就有了很大实际意义。

2研究对象基于前面的设计目的，本次设计通过对已有的加热装置——加热炉的研究来设计和完善这个系统的自动控制性能。

下面是这个系统的原始系统框图：图1 原系统框图3系统的分析和研究 对于上述系统给定的数据计算其系统的开环和闭环传递函数分别是：G (s )=9.97532.5 s^3 + 157.8 s^2 + 52.75 s + 4.5H (s )=9.97532.5 s^3 + 157.8 s^2 + 52.75 s + 31.45由该系统的H(s)可以借助MATLAB 求出其闭环极点分别是：P 1=−4.52,P 2=−0.169+0.265j,P 3=−0.169−0.265j显然，原系统是稳定的，下面再考察系统的稳定特性：由系统的开环传递函数G (s )=9.97532.5 s^3 + 157.8 s^2 + 52.75 s + 4.5画出系统的伯德图如下：图2 原系统的伯德图由伯德图可以得到：ωc=0.2,γ=180°+(−101°)=79°,20lgk g=28dB.由此，对比于一般良好的系统的幅值裕度和相位裕度的要求（γ=40°~60°,20lgk g=6dB~10dB）可知，该系统的幅值裕度和相位裕度都有可以调节的余地。

下面再分析该系统的动态特性。

系统的单位阶跃响应曲线如下：图3 原系统的单位阶跃响应可以方便地由该曲线得出有关的动态参数：t r=5.48s,t p=12.1s,ts=18.7s,δ%= 13.5%,可见，该系统的响应速度很慢，所以其动态性能有很大的改进的余地。

管式加热炉温度控制系统仿真设计

管式加热炉温度控制系统仿真设计

管式加热炉温度控制系统仿真设计摘要：随着科学技术的飞速发展，消费者对民用生产和工业生产对产品的性能有了更新的要求，其中，对产品的温度控制的要求也越来越高，所以研究设计管式加热炉的温度控制器具有很大的现实意义和使用价值。

本文是基于PID 控制算法的管式加热炉智能温度控制器为研究对象，首先阐述本文的研究背景和温度自动控制器的需求，然后对分析了传统控制方法的弊端，对模糊控制方法进行了介绍。

随后利用模糊PID计算方法计算对系统功能的实现情况，并从硬件和软件两个方面进行系统运行调试，得出较好的结果。

关键词：温度控制器；SSR 固态继电器；STM32 单片机ABSTRACT：With the rapid development of science and technology, consumer and industrial production to civilian production requirements for product update performance, which, on product temperature control requirements have bee more sophisticated, so designing resistance furnace temperature controller is of great practical significance and usefulness. This article is a resistance furnace temperature controller based on PID control algorithm for the study, first of all explains the background of this study and temperature control needs, then design the overall system-wide programme, including in particular the hardware system design, system design and software design of the control circuit of temperature. Then take advantage offuzzy PID calculation system of implementation, and run from the two systems in terms of hardware and software debugging, produce better results and conclusion full text. KEY WORDS：Temperature controller; SSR-solid state relays; STM32 microcontroller目录1 引言12.管式加热炉温度系统12.1管式加热炉的一般结构22.2管式加热炉传热方式53 管式加热炉温度系统的模糊控制73.1 常规控制方法的局限性73.2 智能控制思想83.3 管式加热炉温度系统的智能模糊控制93.3.1 模糊控制概述93.3.2 模糊控制原理93.3.3 模糊控制器结构102.2.4 建立模糊规则表144.控制系统仿真164.1 PID原理164.2 PID参数的选择174.3 Smith模糊PID控制算法204.4 模糊PID控制器的设计及仿真结果21结论25参考文献 (25)1 引言随着现代科技的快速发展，科学技术的应用，大大改善了人类的生产、生活方式。

基于PLC的加热炉温控制系统设计

基于PLC的加热炉温控制系统设计

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。

(完整版)基于PID电加热炉温度控制系统设计定稿毕业论文

(完整版)基于PID电加热炉温度控制系统设计定稿毕业论文

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。