电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)

1、电阻炉温度控制系统的设计摘要随着可控硅技术在工业控制领域的推广应用，电阻炉在冶金工业中得到广泛应用，其生产过程中的温度参数自动控制系统正朝着高精度、高稳定性和高智能化的方向发展。电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。其温度控制具有单向加热、大惯性、大滞后、时变等特点，其加热和绝缘依靠电阻丝加热，其冷却依靠环境自然冷却。温度是工业对象的主要控制参数之一。特别是在冶金、化学和机械工业中，各种加热炉、热处理炉和反应炉被广泛使用。由于炉子的类型不同，所用的加热方法和燃料也不同，如煤气和天然气。然而，就控制系统本身的动态特性而言，它们都属于一阶纯滞后环节，并且它们的控制算法基本相同，因此可以采用pid控制

2、或其他纯滞后补偿算法。然而，对于电阻加热炉来说，一旦温度过度调节，就无法通过控制手段进行冷却，因此很难建立精确的模型并通过数学方法确定参数。传统的pid控制是基于经典控制理论的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉等被控对象采用传统的pid控制方案难以达到理想的控制效果。为了保证正常安全的生产过程，提高产品的质量和数量，降低工人的劳动强度，节约能源，各种加热用的电炉都要求在一定条件下保持恒温，不能随炉内电源电压或物体的波动而变化，或某些电炉的炉温根据工艺要求按照规定的加热或保温规则而变化，等等。因此，在工农业生产或科学实验中，温度不仅要连续测量，而且要控制系统。在电阻炉温度控

3、制系统的设计中，应考虑如何有效避免各种干扰因素，并采用更好的控制方案。选择合适的芯片和控制算法是非常必要的。在本设计中，电阻炉的温度控制系统应采用单片机设计。关键词：恒温；热处理；温度控制系统电阻炉温度控制系统的设计摘要电阻炉在冶金工业中有着广泛的应用，其温度参数在生产过程中的自动控制系统与单片机控制技术在工业硅领域中，朝高精度、高稳定性、高智能化方向推广应用。电阻炉是典型的工业过程控制对象。温度控制具有温度单向、大惯性、滞后和时变等特点，温度、保温和电阻丝依赖于环境，冷却是自然冷却。温度是被控参数的主要对象。特别是在冶金、化工、机械等行业，广泛应用于加热炉、热处理炉、反应器等。由于采用的加热

4、方式不同，燃料也不相同，如煤气、天然气等。但控制系统本身的动态特性，都属于一阶纯滞后，在基本控制算法相同的情况下，采用pid控制或其他纯滞后补偿算法。但是对于电阻炉来说，当温度一旦超调就不能用控制手段冷却，所以很难用数学方法建立精确的模型和参数。传统的pid控制是建立在传统控制理论基础上的，基于其设计的控制策略依赖于被控对象的数学模型，因此这种加热炉控制采用传统的pid控制对象来实现理想的控制方案。为了保证生产过程的正常进行，提高产品的安全数量和质量，降低劳动强度，节约能源，在一定条件下符合各种电加热要求，不随保持恒定的电压波动或炉内变化，或某些对象根据电炉温度的技术要求或依法指定的温度而变化

5、等。因此，在工农业生产和科学实验中，不仅要不断地测量温度，而且要控制系统。在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑如何有效避免干扰，采用更好的控制方案，选择合适的芯片和控制算法是设计具有单片机的电阻炉温度控制系统所必需的。关键字：温度；热处理；温度控制系统内容摘要.(1)摘要(2)一、总体方案设计.(4)1.设计内容和要求.(4)2.工艺要求.(4)3.需要实现的基本系统功能.(5)4.对象分析.(5)5.系统功能设计.(5)二、硬件设计与实现.(5)1.计算机模型.(5)2.设计支持计算机操作的外围电路.(5)3.设计输入和输出通道.4.组件的选择.(10)三、数字控制器的设计.(7)1.控

6、制算法.(10)2.计算过程.(11)第四，软件设计.(12)1.系统程序流程图.(12)2.程序清单.(15)v.完整的系统电路图.(27)六.系统调试.(27)七.设计总结.(27)八、参考文献.(27)附录.(28)一、总体方案设计设计任务：利用计算机和相应的部件组成电阻炉温度自动控制系统，使系统达到工艺要求的性能指标。1.设计内容和要求电阻加热炉用于合金钢产品的热力学特性的实验，而电热炉使用电线来提供电力，以在预定时间内将炉中的温度稳定到给定温度。在本控制对象中，电阻加热炉的功率为8kw，由220伏交流电源供电，双向晶闸管控制。系统模型：2.工艺要求根据规定曲线，温度控制范围为50 3

7、50，加热冷却阶段温度控制精度为5，保温阶段温度控制精度为2。3.需要实现的基本系统功能微机自动调节：在正常工作条件下，系统投入自动运行。模拟手动操作：当系统异常时，投入手动控制。微机监控功能：显示当前控制量的设定值和实际值，以及控制量的输出值。当参数报警时，有一个灯光报警。4.对象分析在这种设计中，电阻炉中的温度需要根据上图所示的工艺要求变化。首先，温度从室温自由上升到50。当温度达到50时，进入系统进行调节，当温度升至350时，进入保温段。要求始终处于系统的控制之下，以确保熔炉中所需温度的准确性。加工后，应进行冷却控制。保温时间为600 1800秒。过渡过程时间：即从控制开始到进入保温阶段

8、的时间应小于600秒。在保温段，当温度高于352或低于348时，应发出报警，并在加热和冷却阶段控制炉温，根据曲线的斜率增减。以mcs-51单片机为控制器，以adc0809模数转换芯片为模拟输入，dac0832数模转换芯片为模拟输出，铂电阻为温度检测元件，运算放大器和可控硅为功率放大元件，电阻炉为被控对象，构成电阻炉温度控制系统。此外，该系统配有数字显示器，以显示和记录生产过程中的温度和输出值。5.系统功能设计计算机每隔一段时间测量并控制一次炉温。炉内温度用铂电阻温度计测量。信号经放大后送至模数转换芯片，转换成相应的数字量，再送至计算机进行判别和计算，得到所需的电能，由数模转换芯片转换成模拟信号

9、，提供给晶闸管功率调节器进行调节，以满足炉温变化曲线的要求。二、硬件设计与实现1.计算机型号：mcs-51 8031(不包括只读存储器和可编程只读存储器)系统总线：个人电脑总线2.设计支持计算机操作的外围电路矩阵键盘技术：图2-1 48键盘矩阵与8255接口图2-1显示了由48个矩阵组成的32个键盘和微型计算机之间的接口电路。在图中，8255的端口c是行扫描端口，工作在输出模式，端口a工作在输入模式，用于读入列值。在选择相应的寄存器之前，图中输入/输出端口的地址必须满足=0。一个键连接在每行和每列的交叉点上，因此48个键中有32个键。温度输出显示技术：发光二极管静态显示接口技术，即所谓的静态显

10、示，即在中央处理器输出显示值后，硬件保存输出值并保存显示结果。图2-2通过锁存器连接的6位静态显示电路图2-2是6位bcd码静态显示电路的示意图。在图中，74ls244是总线驱动器，6位数字显示器共享同一组总线。每个发光二极管显示器都配有一个锁存器(74ls377)，用于锁存要显示的数据。当显示的数据通过74ls244从数据总线传输到每个锁存器的输入端时，哪个锁存器被选通取决于地址解码器74ls138的每个输出位的状态。总线驱动器74ls244由iow和a9控制。当iow和a9同时处于低电平时，总线驱动器74ls244被接通，以将数据总线上的数据传送到每个显示器的锁存器74ls377。功能：占用更少的机器时间，显示可靠，但它使用许多组件，电路复杂，成本高。报警电路设计：正常运行时，绿灯亮，当炉内温度超过系统允许范围时，会发出报警。报警时，报警红灯亮，汽笛响，中断信号发送给中央处理器处理。如图2-3所示图2-3加热炉报警系统图3.设计输入和输出通道输入通道：由于实际控制温度在5