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《基于PLC的环形炉温度控制系统设计与应用》篇一一、引言在工业生产过程中，温度控制是一个关键环节，特别是在环形炉的加热工艺中。
为确保产品质量、生产效率和能源利用效率，开发一种基于PLC（可编程逻辑控制器）的环形炉温度控制系统显得尤为重要。
本文将详细介绍基于PLC的环形炉温度控制系统的设计与应用，并分析其在实际生产中的效果。
二、系统设计1. 硬件设计本系统主要由PLC控制器、温度传感器、执行器（如加热器、冷却器等）以及人机界面（HMI）等部分组成。
其中，PLC控制器负责接收温度传感器的信号，并根据设定的控制算法输出控制信号给执行器，实现对环形炉温度的控制。
（1）PLC控制器：选用高性能的PLC控制器，具备高速运算、高精度控制等特点，可满足环形炉温度控制的复杂要求。
（2）温度传感器：选用具有高精度、快速响应特性的温度传感器，以实现对环形炉温度的实时监测。
（3）执行器：包括加热器和冷却器等，根据PLC控制器的指令进行工作，实现对环形炉温度的调节。
（4）人机界面：提供友好的操作界面，方便操作人员对系统进行监控和操作。
2. 软件设计软件设计主要包括PLC控制程序的编写和HMI界面的设计。
（1）PLC控制程序：根据环形炉的温度控制要求，编写相应的控制程序。
通常采用PID（比例-积分-微分）控制算法，实现对环形炉温度的精确控制。
同时，程序还应具备自诊断、报警等功能，以便及时发现并处理系统故障。
（2）HMI界面：设计友好的操作界面，包括温度显示、控制参数设置、报警信息提示等功能。
操作人员可通过HMI界面实时监控环形炉的温度，并根据需要设置控制参数。
三、系统应用本系统已广泛应用于各类环形炉的温度控制，如冶金、化工、建材等行业的生产线中。
在实际应用中，系统表现出较高的稳定性和可靠性，有效提高了环形炉的温度控制精度和能源利用效率。
同时，系统还具备自诊断和报警功能，方便操作人员及时发现并处理系统故障，保障了生产的顺利进行。
学院：机械工程与自动化学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：焦彪彪学号： 0902034220 课程设计题目：燃烧式工业窑炉温度单回路控制系统设计课程设计任务书目录1 概述 (7)2 被控对象特性的研究 (7)2.1 被控变量的选择 (7)2.2 操纵变量的选择 (7)2.3 被控对象的数学描述 (7)3 燃烧式工业窑炉温度控制原理及控制方案的确立 (10)4 执行器的数学模型 (10)5 检测变送器的数学模型 (10)6 过程检测仪表的选用 (11)6.1 测温元件及温度变送器 (11)6.2 执行器 (11)6.3 调节器 (12)7 参数整定与实验仿真 (13)8 课程设计总结 (16)9 参考文献 (16)1.概述燃烧式工业窑炉是用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备，一般大型窑炉燃料多为重油，轻柴油或煤气、天然气。
窑炉通常由窑室、燃烧设备、通风设备，输送设备等四部分组成。
窑炉大致分为箱式、井式、梭式、网带式、回转式、窑车式、推板式隧道电阻炉、真空炉、气体保护炉、超高温管式推板炉（碳管炉）、钨钼粉焙烧炉、还原炉等各种高、中、低温工业窑炉，工作温度200～2500℃。
可用于ZnO压敏电阻器、避雷器阀片、结构陶瓷、纺织陶瓷、PTC&NTC热敏电阻器、电子陶瓷滤波器、片式电容、瓷介电容、厚膜电路、片式电阻、磁性材料、粉末冶金、电子粉体、稀土化工、聚焦电位器、陶瓷基板、高铝陶瓷及其金属化，触头材料、硬质合金材料、钨钼材料等的烧成。
本次课程设计是要完成燃烧式工业窑炉温度定值控制系统的设计，采用的是单回路控制，单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个被控对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。
单回路控制系统的有如下特点：系统结构简单、易于分析设计，投资少、便于施工，并能满足一般生产过程的控制要求，因此在生产中得到广泛的应用。
但单回路控制系统也有一些缺点，如系统适用于控制负荷变化较小的被控对象，如果负荷变化较大，无论选择哪种调节规律，简单控制系统都很难得到满意控制质量。
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。
辽宁工程技术大学课程设计1．方案设计与分析为了将温度的变化和电路中电压的变化联系在一起，故在电阻电桥中添加一个感温元件热敏电阻Rt，由此热敏电阻接受温度的变化，从而转化为向后传输的电压的变化。
电压跟随器U1，U2和运算放大器U3构成闭环放大电路，由此放大电路放大的电压传输给后面的U3滞回比较器，由U3比较出电压的变换量，从而控制加热系统是否进行加热，即使灯泡发光或熄灭。
李晓艺：闭环温度控制器的设计2．电路设计框图及功能说明该电路初始时候设定一个温度值，即为那时候的电压电流值为初设值，将此时候的电流值传输给电压测量放大器，经放大器对电压的放大将电流传输给滞回比较器，在一定范围内滞回比较器输出的电压值是不会变化的，而当输入的电压的变化范围确实是很大时候就会导致滞回比较器的输出电压发生变化，滞回比较器输出的电压传输给隔离驱动电路，在电流流过隔离驱动电路时候，从而使电路中的发热元件发热，是温度升高。
升高的温度会由热敏电阻接受，从而由温度传感器传输给设定值的电压比较器，有电压比较器作出决定，减少电压的输入量，是发热源减少发热，从而使温度下降下来。
反之，当发热源发热不足时候温度传感器传输给设定值处的电压比较器的电压值变小，从而导致输入电压量变大，从而加大加热源的加热功能。
使温度处于一定得范围内，从而达到对温度的控制功能。
图1闭环温度控制框图辽宁工程技术大学电子技术课程设计2.1 电阻电桥电路图2电阻电桥电路图如上电阻电桥电路是由不同的阻值的电阻和热敏电阻Rt组成，通过改变不同Rp的不同阻值，在电桥电路的输出端就会得到不同的输出电压，当设定好阻值后，当温度发生变化时候，热敏电阻Rt就会有很大的变化，从而导致电桥输出端输出电压发生很大的变化，从而影响后面的电路效果。
在如上电桥电路中，电桥平衡的条件为：R1*Rt=(Rp+R2)*R3电桥平衡时U1=U2李晓艺：闭环温度控制器的设计2.1.1关于热敏电阻热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化,若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为μn、μp，则半导体的电导为：σ=q（nμn+pμp）因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线．这就是半导体热敏电阻的工作原理．热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）。
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。
课程设计--炉温控制系统的设计二○一三～二○一四学年第一学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：计算机控制与接口技术课程设计班级：学号：姓名：指导教师：二○一三年十一月一、 设计题目和设计要求1.设计题目炉温控制系统的设计2.设计任务和要求设计一个炉温控制系统，对象的传递函数： s e s s G 021158)(-+=，炉子为电炉结构，单相交流220V 供电。
温度设定值：室温~100℃，可以任意调节。
要求： (1) 画出电路原理图，包括：给定值、反馈、显示的电路及主电路； (2) 阐述电路的工作原理；(3) 采用对象为大滞后的算法，求出u(k); (4) 定出闭环数学控制的程序框图。
二、 设计任务分析（一）系统设计：在工业化生产中，需要有大量的加热设备，如用于熔化金属的坩埚炉、用于热处理的加热炉，以及各种不同用途的反应炉，加热炉，温度控制成为制约工业发展的重要环节。
随着计算机技术的不断发展，用于工业生产中炉温控制的微机控制系统更加成熟。
实践证明，它具有功能强、精度高，经济性好的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，能源环保，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。
该系统以MCS-51单片机为核心构成一个炉温控制系统，该系统具有对电炉温度的实时控制，定时检测和调节，温度数据显示并打印，存储必要的信息等功能。
由外部操作键盘，输入给定数值，进行相应的参数设定，并可以根据需要进行手动、自动之间的切换。
本系统主要由单片机应用系统主机板、晶闸管主电路及电气控制、温度检测与信号放大模块、数字控制与同步触发模块等部分组成。
单片机应用系统主机板采用模块式结构，功口线和各信号设计成总线形式，应用系统的各部分都通过总线插座方便地与单片机接口。
Ⅰ.典型的反馈式温度控制系统通常由下图（a ）所示的几部分组成，其中调节器 由微型机来完成。
图a 单片机炉温控制系统结构图Ⅱ.给定信号如何给计算机温度给定值可以通过计算机键盘输入（键盘与单片机连接），也可以通过数学表达式由程序自动设定，还可以用拨码盘，一般拨码盘常用于过程控制的控制柜（化工企业）。
《基于PLC的环形炉温度控制系统设计与应用》篇一一、引言随着工业自动化技术的不断发展，温度控制系统的设计与应用在工业生产中显得尤为重要。
环形炉作为许多工业生产过程中的关键设备，其温度控制系统的稳定性和精确性直接影响到产品的质量和生产效率。
本文将介绍一种基于PLC的环形炉温度控制系统，通过对其设计原理、系统构成和应用实例的分析，展示其在工业生产中的优越性和实用性。
二、系统设计1. 设计原理基于PLC的环形炉温度控制系统设计原理主要依据经典的温度控制理论，结合PLC的强大控制功能，实现对环形炉温度的精确控制。
系统通过实时采集环形炉内温度数据，与设定值进行比较，根据比较结果调整控制输出，从而实现对环形炉温度的精确控制。
2. 系统构成该系统主要由以下几部分构成：（1）传感器：负责实时采集环形炉内温度数据，将温度信号转换为电信号。
（2）PLC控制器：接收传感器传输的温度信号，根据设定的控制算法进行计算，输出控制指令。
（3）执行器：根据PLC控制器的指令，调整环形炉的加热功率或通风量，以实现温度的精确控制。
（4）上位机监控系统：用于实时监测环形炉的温度数据和控制状态，实现远程监控和故障诊断。
三、系统应用该系统可广泛应用于钢铁、冶金、化工、食品加工等行业的环形炉温度控制。
在这些行业中，环形炉作为一种关键设备，其温度控制的稳定性和精确性对产品质量和生产效率具有重要影响。
通过应用该系统，可以实现以下优点：1. 提高温度控制的稳定性和精确性：该系统采用PLC控制器，具有强大的数据处理和计算能力，可以实时采集和处理温度数据，实现精确的温度控制。
2. 节能减排：通过实时监测和调整环形炉的加热功率和通风量，可以在保证产品质量的同时，降低能源消耗和减少排放，实现节能减排的目标。
3. 远程监控和故障诊断：通过上位机监控系统，可以实现远程监测环形炉的温度数据和控制状态，及时发现和处理故障，提高生产效率和降低维护成本。
四、实例分析以某钢铁企业的环形炉温度控制系统为例，该企业采用基于PLC的环形炉温度控制系统后，实现了对环形炉温度的精确控制。
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。
XXXX学校实训报告设计科目 PLC控制设计系部电气与信息工程系专业生产过程自动化班级姓名设计地点 EDA 实验室指导教师完成日期XXXXXXXXXXXXX学校教务处印制说明一、报告封面必须按指定封面用钢笔或炭素笔填写，字体要规范。
二、报告应含有以下内容：1、前言2、实训目的及要求3、实训时间4、实训地点5、实训单位和部门6、实训内容：按实训大纲、实训进度计划的要求和规定，并结合自己的体会写。
7、实训总结指导教师评语及成绩评定XXX学校实训鉴定表注：1、本表用于三周以内的实习、设计、测绘等实践教学评定 2、评定结果按“优、良、中、及格、不及格”五级予以评前言可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。
为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给PC作了如下定义：“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。
用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。
一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。
”以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
过程控制系统课程设计设计题目：炉温的单闭环控制系统的设计摘要温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉和反应炉等。
由于炉子的种类不同，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油和电等。
但是就其控制系统本身的动态特性来说，基本上属于一阶纯滞后环节，因而在控制算法上亦基本相同。
随着社会的发展，在生活和工业中已经广泛的使用温度控制，而现代化炉温控制已经开始自动化PID控制时代了。
控制炉温恒定是满足生产、提高效率和节能减耗的关键技术，其具有很多优势，能够进一步提高控制精度，同时使得加热时间大大降低，不短提高能源的利用，因此也是越来越受到重视。
为了更好的确保加热炉的安全运行，因此加强炉温控制系统的设计与实现的研究非常有必要。
基于此本文分析了基于PID算法的炉温控制系统的设计与实现。
关键词：比例；积分；微分；炉温控制目录摘要 (I)一、概述 (1)二、课程设计任务及要求 (2)2.1 设计任务 (2)2.2 设计要求 (2)三、理论设计 (3)3.1方案论证 (3)3.2 系统设计 (3)3.3炉温控制系统硬件工作原理 (6)3.3.1前向通道工作过程 (6)3.3.2 反馈通道工作过程 (6)四、系统设计 (7)4.1 PID算法设计 (7)4.2软件设计 (9)4.2.1 画面的制作 (9)4.2.2 建立数据词典 (10)4.2.3 建立动画连接 (11)五、调试过程与结果 (12)5.1 调解P参数 (12)5.2 调节I参数 (13)5.3 调节D参数 (14)5.4 综合调试P、I、D三个参数 (15)六、实验中所用仪器设备清单 (16)七、收获与体会 (20)一、概述近年来随着热处理工艺广泛应用于加工过程,热处理中温度的控制精度和控制规律的优劣直接影响到热处理工艺的好坏。
电阻炉是热处理工艺中应用最多的加热设备,研究电阻炉温度控制方法具有重要意义。
工业生产中广泛应用工业炉，如在冶金、化工等工矿企业以及宾馆、学校、商场等公共场所。
当前，电阻炉温度控制的主要问题是：由于电阻炉是一个特性参数随炉温变化而变化的被控对象，炉温控制具有单向性、大惯性、大滞后、时变性的特点。
例如，其升温单向性是由于电阻炉的升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却，当其温度一旦超调就很难用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。
PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
PID控制器具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，是迄今为止最稳定的控制方法。
它所涉及的参数物理意义明确，理论分析体系完整，并为工程界所熟悉，因而在工业过程控制中得到了广泛应用。
从实际需要出发，一种好的PID控制器参数整定方法，不仅可以减少操作人员的负担，还可以使系统处于最佳运行状态。
因此，对PID控制器参数整定法的研究具有重要的实际意义。
本次课程设计中我们通过调节PID调节器的比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd来实现对电阻炉的温度控制。
二、课程设计任务及要求2.1 设计任务在基本掌握过程控制常规控制方案的工作原理及参数整定步骤的基础上，针对一个电烤箱设计炉温控制系统。
2.2 设计要求具体要求：(1) 电烤箱控制系统的工作方案设计、设备选型及其连线；(2) 炉温控制系统的对象-传递函数确定；(3) 单回路PID炉温控制的实现；(4) 利用组态王软件编制上位机监控软件；(5) 撰写规范化的说明书一份。
三、理论设计3.1方案论证本设计采用PID控制算法对温度进行控制，比例控制能迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，比例系数Kp太小不容易达到给定，Kp过大，会引起系统的不稳定；积分控制的作用是，只要系统存在误差，积分控制作用就不断的积累，输出控制量以消除误差，因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡；微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。
对于炉温控制来说，由于加热炉的降温完全依靠自然散热，微分控制的作用并不明显。
3.2 系统设计计算机控制系统一般由控制计算机、A/D与D/A接口、执行机构、被控对象、检测元件和变送器组成。
本炉温控制系统的控制计算机采用普通奔腾PC机，A/D与D/A转换由研华多功能采集卡PCI-1711来实现，执行功能由可控硅模块来完成，检测元件为热电阻Pt100，温度变送器为XMZ数字显示仪。
系统结构图如图3.1所示。
图3.1 炉温控制系统结构框图（1）PCI-1711：原来实验系统使用的是采用ISA总线的PCL-812PG采集卡，采样速率最大为30kHz，而PCI-1711是一款功能强大的多功能PCI总线数据采集卡，采样速率可达100kHz，速度快而且使用PCI总线也是适应时代发展趋势。
PCI-1711有2路模拟量输出通道，16路单端模拟量输入通道；16路数字量输入通道与16路数字量输出通道；12位A/D转换器；板载1K 采样FIFO 缓冲器；每个输入通道增益可编程,自动通道/增益扫描[4]。
PCI -1711采集卡是68针的，本系统只使用PCI -1711采集卡的模拟量输入输出通道各一个，即AD0与DA0两个通道，其引脚标号为AI0、AO0_OUT*，同时需要两根地线，由于PCI1711卡的接地点是连在一起的，所以可以随意选两个接地引脚AOGND*，PCI -1711卡的引脚图如图3.2所示。
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768AI0AI15AI13AI11AI9AI7AI5AI3AI1AI14AI12AI10AI8AI6AI4AI2AIGND AIGND AO0_REF*AO1_REF*AO0_OUT*AO1_OUT*AOGND*AOGND*DIO DI14DI15DI13DI12DI10DI11DI9DI8DI7DI6DI5DI4DI2DI3DI1DGND DGND DO0DO14DO12DO10DO8DO6DO4DO2DO15DO13DO11DO9DO7DO5DO3DO1DGND DGND CNT0_CLK CNT0_OUT CNT0_GATE PACER_OUT TRG_GATE EXT_TRG +12V+5V 图3.2 PCI -1711多功能采集卡引脚图 （2）可控硅模块：本系统采用的是固体交流调压模块，它将触发器和双向可控硅固化于一个芯片中，计算机计算出的控制电压U(k)作为触发器的触发电压来触动双向可控硅，触发电压越大，通过可控硅后得到的电阻炉两端的电压Ud(k)就越大。
图3.3表示了它的工作原理。
图3.3 固态可控硅输入输出示意图（3）检测元件：用于温度检测的传感器有很多种，常见的有热电阻、热电偶。
热电偶传感器具有工作在中高温区、测温范围宽、测温精度高等特点。
热电阻的特点是工作在中低温区，性能稳定，测量精度高。
本系统中电炉的温度被控制在0～300度之间，为中低温区，所以选用铂电阻Pt100作为温度检测元件，Pt100的测温范围是-200 ~650度，0度时电阻为100Ω，300度时电阻为212Ω。
（4）温度变送器：温度变送器为XMZ 数字显示仪，为了消除连接导线值变化产生的测量误差，采用三线制接法将Pt100热电阻接到温度变送器的输入端，经过变送器变换后得到0~5伏的输出电压和0~300度的输出温度，所以加热炉温度与变送电压之间有60倍的转换关系。
实际的系统中，PCI -1711插在PC 机的机箱内，可控硅模块、温度变送器、主要参数显示器和一些控制按钮都集中安装在一个箱体内，即温度控制装置，实际的系统如图3.4所示。
图3.4 炉温控制系统实物图温度控制装置内的电路接线示意图如图3.5所示。
其中电源开关由于线路比较复杂，未能在图中画出。
图3.5 温度控制系统接线示意图3.3炉温控制系统硬件工作原理3.3.1前向通道工作过程前向通道有两种工作方式，自动和手动，即可控硅模块的输入可以由计算机通过数据采集卡的D/A通道自动给定，也可以在控制面板上手动调节，两种方式只能选择一种。
可控硅输入Uk为1~5伏电压，0~1伏为死区，死区内输出为0，1~5伏电压输入对应0~220伏电压输出Ud，对应关系为近似线性关系，如图3.6所示。
图3.6 可控硅输入输出关系可控硅输出电压Ud加在加热炉上，使炉温上升。
加热炉也有两种工作方式，二加热体加热和四加热体加热，功率分别为600瓦和1200瓦，其温度范围分别为0~220度和0~300度，每台加热炉因保温效果和加热体实际功率不同，其温度范围也不尽相同，本文使用第二种方式测定数学模型参数并进行设计。
3.3.2 反馈通道工作过程反馈通道首先由热电阻Pt100的检测炉温，温度变送器将热电阻的阻值变化转换放大为两路输出信号，一路为0~300度的温度信号，通过数码显示管在温度控制装置上显示出来，另一路为0~5伏的电压信号，通过数据采集卡PCI1711的A/D通道送入计算机，两路信号近似线性比例约为60。
计算机经过计算处理，得到新的控制量，输出给可控硅。
四、系统设计4.1 PID 算法设计PID 控制器的参数可以在被控对象模型未知的情况下采用试凑法来整定，试凑法的步骤为：先比例、再加积分、最后加微分。
首先只整定比例部分，由小到大调节比例系数直到系统输出反应较快，超调较小，稳态误差达到允许范围内，即可确定比例系数；然后加入积分作用，积分系数应由小到大，并将已整定好的比例系数略微缩小，观察系统输出响应，直到动态特性较好，而且完全消除静差，即可确定积分系数；最后加入微分作用，微分系数仍然是由小到大，同时配合修改比例系数和积分系数，以获得良好的调节效果，确定微分系数。
如果获得被控对象模型，则可以采用仿真试验来整定，可以节约时间。
对于传递函数可近似为一阶惯性加滞后环节的被控对象：1)(+*=-s T e K s Wd f s τ （4-1） 采用典型PID 控制器：)11()(s T s Kp s W c D I ++*= ，可以用Z －N （Zieglor －Nichols ）经验公式：τττ*=*=*=5.022.1D I f T T T Kp 微分时间常数：积分时间常数：比例系数：进行初步整定，然后用试凑法进行微调整定。
