试验电炉的温度控制系统

实验七炉温控制实验一、实验目的1.了解炉温控制系统的特点2.研究采样周期T对系统特性的影响3.研究大时间常数系统PID控制器参数整定的方法4.学习数字PID控制器设计方法和使用Matlab进行仿真的方法二、实验器材x86系列兼容型计算机，Matlab软件三、实验原理1.系统结构图如下图1 系统结构图系统如图所示，建立相应的数字PID炉温控制系统并进行仿真。

电阻炉炉温的控制，根据工艺的要求不同而有所变化，但大体上可归纳为以下几个过程；(1)自由升温段，即根据电阻炉自身条件对升温速度没有控制的自然升温过程。

(2)恒速升温段，即要求炉温上升的速度按某一斜率进行．(3)保温段，即要求在这一过程中炉温基本保持不变。

(4)慢速降温段，即要求炉温下降的速度按某一斜率进行．(5)自由降温段．而每一段都有时间的要求，如图 2所示。

图2 炉温变化过程要求电阻炉炉内的温度，应按图3所示的规律变化。

图3 炉温控制要求从室温T 。

开始到a 点为自由升温段，当温度一旦到达a 点（即T 。

点），就进入系统调节。

从b 点到c 点为保温段，要始终在系统控制之下，以保证所需的炉内温度的精度。

加工结束，即由c 到d 点为自然降温段。

保温段的时间为50-00min 。

炉温变化曲线对各项品质指标的要求如下：2. 系统的组成和基本工作原理电阻炉炉温自动控制系统如图5 所示。

图5 电阻炉炉温自动控制系统控制过程：计算机定时(即采样周期)对炉温进行测量和控制一次，炉内温度是由一铂电阻温度计来进行测量，其信号经放大送到模数转换芯片换算成相应的数字量后，再送入计算机中进行判别和运算，得到应有的电功率数(增量值)，经过数模转换芯片转换成模拟量信号，供给可控硅功率调节器进行调节，使其达到炉温变化曲线的要求。

3. 飞升曲线的测量炉温对象的飞升曲线见图4，其传递函数可以用Gp(s)来描述：图4 飞升曲线 1)(+=-s T e K s G s s s P τ，式中：Ks 放大系数，Ts 对象时间常数，τ对象滞后时间。

实验八 炉温控制系统的设计一、设计目的1、了解被控对象数学模型建立的方法；2、掌握PID 控制的基本原理； 4、掌握PID 参数整定的两种方法；3、掌握Matlab/Simulink 在控制系统设计中的应用。

二、设计要求电炉是一个特性参数随炉温变化的被控对象，炉温控制具有单向性、大惯性、大滞后、时变性的特点。

设计PID 控制器，当系统处于平衡状态时，通过调节PID 控制器的比例系数p K 、积分时间系数i T 和微分时间D τ，炉温稳定在给定值，从而实现了电炉的温度控制。

三、设计任务3.1电炉数学模型一般将电阻炉视为一阶惯性环节加滞后的对象，其传递函数为s e Ts K s G τ-+=1)(。

其中：T 为电炉的时间常数，T=RC （C 为电炉热容，R 为热阻）；K 为比例系数；τ为纯滞后时间，单位s ；S 为复频域连续函数。

系数T 、K 、S 对于不同的被控对象，其数值有所不同。

现有一台50kW 箱式电阻炉，其T=360、K=8、τ=180s 。

3.2电炉控制系统框图常用电阻炉炉温控制系统如图1所示，其中PID 控制器是应用最广泛、最成熟的一种调节器。

图一 电阻炉炉温控制系统 3.3 PID 校正前系统响应分析（要求：采用Matlab/simulink 建立模型，绘制阶跃响应曲线，分析系统是否稳定） 1、 Matlab/simulink 建立模型 2、 绘制阶跃响应曲线 3、 分析系统是否稳定？3.4 PID 控制器设计PID 控制器的传递函数为)11()(s sT K s G D i p c τ++=，其中，p K 为比例常数，i T 为积分时间常数，D τ为微分时间常数。

一、Ziegler-Nichols 整定---反应曲线法反应曲线法是根据系统在开环状态下的动态特性，估算对象特性参数。

其中K 为控制 对象的增益，L 为等效滞后时间，T 为等效时间常数，然后根据表1的经验值选取控制器参数。

新疆工业高等专科学校毕业设计（论文)电炉温度过程控制系统设计包晓倩系别：电气与信息工程专业班级：生产过程自动化08—23（2）班指导教师: 魏成伟完成日期：2011 -09—11毕业设计（论文)任务书一、题目：电炉温度过程控制系统设计二、指导思想和目的：通过毕业设计，培养学生综合运用所学的知识和技能解决问题的本领,巩固和加深对所学知识的理解;培养学生调查研究的习惯和工作能力;培养学生建立正确的设计和科学研究的思想，树立实事求是、严肃认真的科学工作态度。

三、设计任务或主要技术指标：四、设计进度与要求：1）:布置设计任务，深入了解设计内容，阅读参考资料，学习有关内容.2）：调研与电炉温度控制有关的实际情况，确定芯片的型号数目及分布。

3）：进行单片机选型，提出电炉温度系统的控制策略。

4）：修改完善设计方案并绘制必须的图纸草图，编写设计说明书。

5）:修改、打印设计说明书.总结，准备毕业答辩，完成答辩。

五、主要参考书及参考资料：［1］刘夏华主编《单片机及其应用设计》,清华大学出版社出版社，1998年第1版。

[2］赵文忠主编《微机控制技术》,中国电力出版社，1987年第2版。

［3］陈福祥主编《预测控制及应用》，华中理工大学出版社,1995年第 2 版。

专业班级：生产过程自动化08—23(2）学生:包晓倩指导教师：魏成伟年月日教研室主任（签名）：系(部）主任（签名）：年月日毕业设计（论文)评定意见书设计（论文）题目：电炉温度过程控制系统设计专题：单片机的应用设计者：姓名包晓倩专业生产过程自动化班级08—23(2）设计时间：2011年06月15 日—2011 年9 月10日指导教师：姓名魏成伟职称副教授单位新疆工业高等专科学校评阅人：姓名职称单位评定意见:评定成绩：指导教师（签名）: 年月日评阅人（签名）：年月日答辩委员会主任(签名)：年月日（上页背面）毕业设计评定意见参考提纲1。

学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

炉温控制系统原理炉温控制系统是指根据要求对炉内温度进行监测和调节的系统。

它可以根据需要对炉温进行精确控制，以达到生产过程中的稳定性和可靠性要求。

炉温控制系统由温度传感器、控制器和执行器三部分组成。

温度传感器用于测量炉内的温度，将测得的温度信号转化为电信号输入到控制器中。

控制器根据设定的温度值与实际测得的温度值之间的差异，产生相应的控制信号。

执行器根据控制信号控制燃烧器或加热器的工作状态，以调节炉内的温度。

炉温控制系统的基本原理是反馈控制。

它通过不断测量和比较实际温度与设定温度之间的差异，产生一个误差信号。

根据误差信号，控制器调节执行器工作状态，使得实际温度逐渐接近设定温度。

通过不断地对温度进行测量和调节，炉温控制系统可以保持炉内温度在一定范围内稳定。

炉温控制系统中的温度传感器一般采用热电偶或热电阻等温度传感器。

热电偶是根据热电效应原理工作的，它将热电效应产生的电势差转化为温度信号。

热电阻是根据电阻与温度呈线性关系的特性工作的，它通过测量电阻值来间接测量温度。

这些温度传感器可以将温度信号转化为标准电信号，供控制器使用。

在炉温控制系统中，控制器是关键部件之一。

控制器一般采用微处理器或可编程逻辑控制器（PLC）等数字控制器。

控制器通过不断比较设定温度与实际温度之间的差异，产生一个控制信号。

这个控制信号经过放大和处理后，用于控制执行器的工作状态。

控制器还可以根据温度的变化趋势，调整控制信号的大小和方向，以实现更加精确的温度控制。

执行器是炉温控制系统中的另一个重要组成部分。

执行器通常是燃烧器或加热器。

当控制器产生相应的控制信号时，执行器会根据信号的大小和方向来控制燃烧器或加热器的工作状态。

如果炉温过低，执行器可以通过增加燃料供给或增加加热器的功率来提高炉温；如果炉温过高，执行器则可以通过减少燃料供给或减少加热器的功率来降低炉温。

通过控制燃烧器或加热器的工作状态，执行器可以实现对炉温的精确调节。

总的来说，炉温控制系统是通过温度传感器、控制器和执行器之间的协作工作来实现对炉内温度的精确控制。

电炉箱恒温自动控制系统原理电炉箱恒温自动控制系统原理电炉箱恒温自动控制系统是一种用于控制电炉箱温度的自动化系统。

该系统通过传感器检测电炉箱内部温度，并根据设定的温度值自动调节电炉箱的加热功率，以保持电炉箱内部温度稳定在设定值范围内。

电炉箱恒温自动控制系统主要由以下几个部分组成：1.传感器：传感器是用于检测电炉箱内部温度的装置。

常用的传感器有热电偶、热敏电阻等。

传感器将检测到的温度信号转换成电信号，传送给控制器。

2.控制器：控制器是电炉箱恒温自动控制系统的核心部件。

控制器接收传感器传来的温度信号，并根据设定的温度值计算出电炉箱需要的加热功率。

控制器还可以根据用户的需求进行定时开关机、报警等功能。

3.执行器：执行器是用于控制电炉箱加热功率的装置。

常用的执行器有继电器、晶体管等。

执行器接收控制器发出的控制信号，控制电炉箱的加热功率，以达到恒温的目的。

电炉箱恒温自动控制系统的工作原理如下：1.传感器检测电炉箱内部温度，并将检测到的温度信号传送给控制器。

2.控制器根据设定的温度值计算出电炉箱需要的加热功率，并将控制信号发送给执行器。

3.执行器接收控制信号，控制电炉箱的加热功率，以达到恒温的目的。

4.如果电炉箱内部温度超出设定范围，控制器会发出报警信号，提醒用户进行处理。

电炉箱恒温自动控制系统的优点是可以自动调节电炉箱的加热功率，保持电炉箱内部温度稳定在设定值范围内，从而提高电炉箱的加热效率，延长电炉箱的使用寿命。

此外，该系统还可以根据用户的需求进行定时开关机、报警等功能，提高了电炉箱的智能化程度。

总之，电炉箱恒温自动控制系统是一种非常实用的自动化系统，可以有效提高电炉箱的加热效率和使用寿命，为用户带来更加便利的使用体验。

过程控制系统课程设计作者姓名：作者学号：指导教师：学院名称:专业名称：温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中,具有举足重轻的作用。

温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。

最为常见的就是工业上使用电阻炉（本课程设计中的电烤箱即为电阻炉）处理和生产工业产品，最基本的要求是要保持炉内温度的恒定，并且在一定的扰动下，炉内的温度经过一定的调节时间能自动恢复正常值，从而保证所生产的产品质量.本设计基于单回路控制系统和PID控制器,使用计算机、铂电阻Pt100、控制箱、加热炉体和“组态王"软件设计电烤箱的炉温控制系统，使炉内温度基本保持在80℃不变，完成了系统所用到的设备的选型和组装接线，利用“组态王”软件编制上位机监控软件对炉内温度的采集和显示。

文中首先介绍了设计的背景和要求，接着对单回路控制系统做了简单的介绍，大致描述了通过组态王编制采集并绘制温度与时间曲线的步骤，并且介绍了整定PID控制器参数的步骤和结果，最终完成了利用单回路控制系统设计基于电烤箱的炉温控制系统，使其炉内温度经过一定的过渡过程始终维持在80℃。

关键词:电烤箱,单回路控制系统，PID控制，“组态王”软件，Pt100热电阻，CD901智能控制仪表，交流固态继电器摘要 (I)目录 (1)第一章引言 (3)1.1设计目的 (3)1。

2 设计背景及意义 (3)1。

3 设计任务及要求 (4)第二章单回路控制系统 (5)2.1 单回路控制系统简介 (5)2。

2 单回路控制系统的设计 (5)2。

2。

1 被控变量的选择 (6)2.2.2 操纵变量(控制参数）的选择 (6)2.2。

3测量变送问题和执行器的选择 (7)第三章硬件电路设计及原理 (8)3.1 系统设计 (8)3。

1。

1 方案论述 (8)3.1.2 系统原理图及工作原理 (9)3。

2 智能控制仪表设计 (10)3。

2.1 规格型号说明 (10)3。

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。

电炉控温系统设计白荣腾摘要本论文介绍了以AT89S52单片机为核心的温控系统设计，采用温度传感器和固体继电器控温电路，实现对电炉温度的控制。

采用基于PWM控制的温控系统的设计和实现方法，采用5档控制:最大档、较大档、中间档、较小档、最小档,控制方法简单实用。

温控系统由AT89S52单片机、行列式操作键盘、显示、继电器控温电路等部分组成，使用AT89S52单片机对温度进行实时的检测和控制，显示电路采用74164芯片进行动态扫描，能够同时显示当前温度和设定温度值。

本设计介绍的单片机温控系统的主要内容包括：系统方案、硬件设计、软件设计及系统调试，并配有必要的流程图和电路图,从硬件和软件方面做了较详尽的阐述。

温控系统经过调试运行，可对电炉温度进行控制，工作稳定可靠，实现控制精度的要求，可使温度保持在设定值，具有硬件成本低、控温精度较高、可靠性好等优点。

关键词：电炉；温度控制；单片机；固体继电器AbstractThis paper introduces a temperature control system that is based on the AT89S52 single-chip microcomputer,and the temperature control of electric furnace is realized by temperature sensor and a temperature control circuit of solid state relay. The design and implementation of the temperature control system based on PWM control uses five different scopes : the biggest scope, the bigger scope, the center scope, the smaller scope, minimum scope, and controlling method is simple and temperature control system consists of AT89S52 single-chip microcomputer, cortege type keyboard unit , display unit and temperature control circuit of solid state relay，using microprocessor AT89S52 to collect and control temperature in real time.The temperature control system based on Single-Chip Microcomputer is described in the article including system scheme, hardware and software system testing ,and it also goes with debug routine, essential flow chart and circuit this part , The hardware composition and software design are described in detail parameters．The temperature control system can control the temperature of electric furnace with debugging ,and make it keep in the enacted control system has such advantages as low cost、high control accuracy、good reliability and so on.Keywords：Electric furnace ;Temperature control; Single-Chip Microcomputer ;Solid state relay目录摘要 (I)Abstract (II)0前言 (5) (5) (6) (7)1系统硬件设计 (8) (8) (9) (10)固体继电器及其驱动电路 (14)固体继电器介绍 (14) (14) (15) (15) (17)按键控制电路 (17)2系统软件结构设计 (17) (19) (20) (22)3系统调试 (23) (23) (24)总结 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附录A 系统设计原理图 (28)附录B 系统实物图 (29)附录C 系统程序 (30)附录D 英文文献1原文 (34)附录E 英文文献1翻译 (38)附录F 英文文献2原文 (42)附录G 英文文献2翻译 (44)附件1 毕业设计任务书 (47)附件2 开题报告 (48)附件3 验收登记表 (54)附件4 答辩记录表 (55)附件5 评语表 (56)0前言温度作为工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。

实验四温度控制系统（一）一．实验目的：1．认识温度控制系统的构成环节和各环节的作用。

2．察看比率、积分、微分控制规律的作用，并比较其他差及稳固性。

3．察看比率度δ、积分时间T I、微分时间 T D对控制系统（闭环特征）控制品质的影响。

二．温度控制系统的构成：电动温度控制系统是过程控制系统中常有的一种，其作用是经过一套自动控制装置，见图 4-1 ，使炉温自动保持在给定值。

图 4-1温度控制系统炉温的变化由热电偶丈量，并经过电动温度变送器转变为DDZ-Ⅱ型表的标准信号0～10mA直流电流信号，传递到电子电位差计XWC进行记录，同时传递给电动控制器DTL，控制器按误差的大小、方向，经过预约控制规律的运算后，输出0～10mA直流电流信号给可控硅电压调整器ZK-50，经过控制可控硅的导通角，以调理加到电炉（电烙铁）电热元件上的沟通电压，除去因为扰乱产生的炉温变化，稳固炉温，实现自动控制。

三．实验内容与步骤：（一）察看系统各环节的构造、型号、电路的连结，熟习可控硅电压调整器和电动控制器上各开关、旋钮的作用。

（二）控制系统闭环特征的测定：在以下实验中使用以下详细数值：δ1(50%)，δ2 (80%)，T I 1(50s)，T I 2 (40s)，T D1(30s) 来察看比率与积分控制规律的作用（1）观察比率作用将δ置于某值 50%，记着δ旋钮在δ1的地点，积分时间置最大（T I=max），微分开关切向0，将扰乱开关从“短”切向“扰乱” ，产生一个阶跃扰乱（此时为反向扰乱），同时在记录仪的记录线上作一记号，以记录阶跃扰乱加入的时辰，察看并记录在纯比率作用下达到稳固的时间及余差大小。

（2）观察积分作用保持δ =δ1不变，置 T I =T I 1，同时在记录仪的记录线上作一记号，以记录积分作用加入的时辰，注意察看积分作用怎样除去余差，直到过程基本稳固。

2．观察 PI 控制作用下的过渡过程保持δ 1 ，T I 1 不变，将扰乱开关从“扰乱”切向“短” ，产生一个正向阶跃扰乱，察看过渡过程到基本稳固。