管式加热炉温度－温度串级控制系统
1设计意义及要求
1.1设计意义
管式加热炉是石油工业中重要装置之一，加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗很大。因此，在设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。
1.2设计要求
1）本课程设计题目为加热炉温度－温度串级控制系统设计，课程设计时间为2周；学生对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。
2）课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：
① 目录；
② 摘要；
③ 生产工艺和控制原理介绍；
④ 控制参数和被控参数选择；
⑤ 控制仪表及技术参数；
⑥ 控制流程图及控制系统方框图；
⑦ 总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）；
⑧ 课程设计的心得体会（至少500字）；
⑨ 参考文献（不少于5篇）；
⑩ 其它必要内容等。
2方案论证
2.1方案选择
管式加热炉加热炉的工作原理如图1所示。要加热的冷物料从左端的管口流入管式加热炉，而燃料从右端的管口流入管式加热炉的燃烧部分，以供热。经加热的物料从右上端的管口流出，物料出口温度1()t θ为被控参数。
图1 管式加热炉工作原理图
分析管式加热炉的工作过程可知，物料出口温度1()t θ受进入管式加热炉的物料初始温度，物料进入的流量（即物料入口的压强），进入管式加热炉的燃料的流量（也即燃料入口压强），燃料的燃烧值等因素的影响。其中物料进入的流量（即物料入口的压强）和进入管式加热炉的燃料的流量（也即燃料入口压强）是影响物料出口温度1()t θ的主要因素。如果采用单回路控制系统，根据操作量的选取原则，我们可以在物料入口处装上一个调节阀，以控制物料进入的流量；对于进入管式加热炉的燃料的流量，可以使它保持某一恒定值。或在燃料的入口处安装一个调节阀，以控制进入管式加热炉的燃料的流量；对于进入管式加热炉的物料的流量，则可以使它保持某一恒定值。而调节阀的开度大小由安装在物料出口处的温度传感器输出的大小间接控制。它虽然结构简单，实现方便；但不符合生产工艺的要求。因为如果将物料的进入流量进行限定后，则日生产总量也被限定。这显然不符合实际的工业生产情况。在此基础上进行一点改进——不对另一个量进行限制。基于对燃料进入量进行控制的管式加热炉单回路温度控制系统原理图如图2
所示。 图2 管式加热炉单回路温度控制系统原理图
如图2所示的单回路温度控制系统初看起来是可行的。而且它的结构简单，所需的器材少，投入小。也符合工业设
物料出口温度1
()t θ
1T C
物料入口
燃料 物料出口温度1()t θ
计的经济原则。但考虑到实际的被控对象——管式加热炉是一个大惯性系统，该方案实际上是行不通的。在如图2所示的方案中，物料进入管式加热炉的流量变化和燃料入口压强的变化是一个对对被控量——物料出口温度1()t θ影响比较大的干扰。假如流入管式加热炉的物料突然减少而燃料入口处的压强突然增大，由于物料在炉膛内的加热是一个过程（存在一个较大的时间滞后1T ），同时加热的物料经过炉膛内蜿蜒曲折的管道（用以实现物料的加热）流出加热炉也存在一个较大的滞后时间2T 。经过较长时间滞后，才开始相应的调节显然是无法达到工艺要求的使物料出口温度只在2%±内波动。而串级控制系统通常适用用于工业上一些有较大容量滞后或较大纯滞后的过程，有必要选择串级控制系统对管式加热炉的温度控制。串级控制的原理图如图3
所示。
图3 温度串级控制系统原理图
在如图3所示的温度串级控制系统中，物料入口流量的变化和燃料入口压强的变化是
影响物料出口温度的主要因素，而且它们对物料出口温度的影响存在较大的时间滞后——通过对管式加热炉的工作原理的分析可知，前者的时间滞后来源与物料在管道中流动的时间；而后者的时间滞后来源于前者的滞后时间加上管壁的热传递滞后时间。即后者作用滞后时间2T 要大于前者的滞后时间1T 。这种较大的滞后时间是给控制带来麻烦的关键因素。那么减小或尽量消除这种较大的时间滞后成为控制系统设计的核心问题。
由工业生产工艺决定了由管道产生的时间滞后无法消除，而由炉膛和管壁产生的时间滞后可以尽量减小。故可以选择物料出口温度作为主变量，炉膛温度作为副变量，构建串级控制系统。其原理图如图3所示，方框图如图4所示。 主控制器温度变送器1温度变送器2
物料管壁
炉膛调节阀副控制器+-+-X1X2
X3
X4F3，F4F1,F2
图4 温度串级控制系统原理方框图
2.2温度串级控制系统分析
在图4所示的温度串级控制系统中，由副控制器，调节阀，炉膛，温度变送器2构成温度控制系统的副环（内环）。它将主控制器的输出作为给定信号，跟随信号X2；它的输出信号直接控制燃料进入调节阀的开度，从而控制炉膛内的温度。由工程实践经验有——炉膛内的温度同物料出口温度存在某种关系，这样就可以达到间接控制物料出口温度的目的。由于副环构成一个时间常数较小的负反馈环，它能在本环内引入的干扰信号（燃料入口压强变化和燃料热值变化分别用F3,F4表示）对物料出口温度产生较大影响前，及时进行调节。对整个控制系统而言，可起到先调，粗调，快调的作用。主控制器，副环，管壁，物料，温度变送器1构成主环（外环）。由于主环回路前向通道较副环要长，控制作用的滞后时间较大，它的调节作用较慢；而且对副环所产生的控制偏差和物料入口温度及压强（分别用F1,F2表示）变化引起的干扰起到抑制作用。它在整个控制系统中起到后调，慢调，细调的作用。
除此以外，主环和副环的协同作用还能大大提高系统的抗干扰能力。假设在稳态工况下，物料进口温度和流量稳定，燃料的热值和流量不变，控制燃料的调节阀阀门开度保持一定，此时炉膛内的温度和物料出口温度都保持恒定。如果干扰同时作用于主回路和副回路。当燃料入口压强变化和燃料热值（分别用F3,F4表示）变化同物料入口温度及压强（分别用F1,F2表示）变化的作用方向相同（即同时曾大或变小）时，假如同时增加，在F1和F2的作用下，物料出口温度上升；通过温度变送器1 的反馈作用，使主调节器的输入减小，而相应的主调节器的输出也减小（即副控制环的给定值减小，也即减小燃料进入阀的开度）。在副控制环中引入的干扰信号F3和F4使得炉膛内的温度升高，通过温度变送器2的反馈作用，也要使得副控制器的输入减小，也是要达到减小燃料进入阀的开度。同样可以推出，当干扰信号同时减小时，主控制器和副控制器的控制作用都是使得燃料进入阀的开度增大。二者作用的叠加使得整个系统抗干扰性能有很大的提高。当燃料入口压强变化和燃料热值（分别用F3,F4表示）变化同物料入口温度及压强（分别用F1,F2表示）变化的作用方向相反时，例如当F1和F2的作用为减，而F3和F4的作用为曾时，F1和F2的作用使得物料的出口温度减小，通过温度变送器1的反馈作用，使得主调节器的输入增加，而相应的主调节器的输出也相应增加（即副控制环的给定值曾大，也即增大燃料进入阀的开度）。在副控制环中引入的干扰信号F3和F4的作用下，炉膛内的温度增加，通过温度变送器2的反馈作用，使得副控制器的输入减小（即有减小燃料进入阀开度的趋势）。同样可推出，当F1和F2的作用为曾，而F3和F4的作用为减时，主调节器有减小燃料进入阀开度的趋势，而副调节器有增大燃料进入阀开度的趋势。主调节器和副调节器的这种相反的控制作用在某种程度上相互抵消，可以有效的抑制外界的干扰。
燃料
1TT
TT
2T T 1T C 2T C
物料出口温度1()t θ
综上分析可知，串级控制系统不仅有较好的时间特性，而且还有较好的抗干如性能和动态性能。
2.3系统硬件及调节器选择
在串级控制系统中，主副调节器所起的作用是不同的。主调节器起定值控制作用，而副调节器起随动控制作用。主参数是生产工艺的主要控制指标，它关系到所生产的产品的质量，一般都有较严格的工艺要求——不允许有残差，同时又由于要控制的工业过程有较大的容量滞后，所以主调节器通常选择PID 型调节器以实现主参数的无差控制。而在串级控制系统中，稳定副参数并不是目的。控制副参数是为了保证和提高主参数的控制质量，对副参数的要求一般没有像主参数那样的严格，可以在一定的范围内变化，允许有残差。因此，副调节器一般选P 调节器。为了能够快速的跟踪主调节器的输出，一般不引入积分环节，因为积分环节会延长调节过程，减弱副回路的快速特性。副调节器一般也不引入微分环节，因为当调节器有微分环节时，主调节器输出稍有变化，就容易引起调节阀有较大的开度变化，对系统的稳定性能不利。综上所述，主调节器应选用PID 型调节器，副调节器选用P 型调节器。
要使一个过程控制系统能正常的运行，系统必须构成一个负反馈。因此，在串级控制系统中，主调节器和副调节器的正反作用方式的选择原则是使整个系统构成负反馈。从生产工艺安全角度出发，燃料进入调节阀应选用气开式（正作用），即一旦出现故障或冷物料流入中断，调节阀完全关闭，切断燃料的输入，确保管式加热炉的安全。由管式加热炉的工作原理可知，对于副调节器，当炉膛温度升高时，温度变送器2的测量信号增大，为了保证副控制回路为负反馈，则要使得副调节器的输出信号减小。按照测量信号增大，输出信号减小的原则，副调节器应为反作用方式。对于主调节器，当副参数炉膛温度升高时，主控参数物料出口温度也升高，而温度变送器一般都是正作用方式，故温度变送器1的测量信号也增大，为了保证主控制回路也为负反馈，要求主调节器的输出信号减少，按照测量信号增大，输出信号减小的原则，主调节器也应为反作用方式。各个环节的正反作用如下图5所示。图中“+”表示为正作用，“-”表示为反作用。
图5 管式加热炉温度串级控制系统各环节正反作用图
根据以上的分析选择好相应的硬件后，构建管式加热炉温度串级控制系统。
3控制仪表及技术参数
3.1主控制器软件设计
管式加热炉温度串级控制系统主回路简化方框图如图6所示。 主控制器温度变送器1
广义被控对象
+-R(t)E(t)U(t)Y(t)
图6 串级控制系统主回路简化方框图 对于主控制器采用数字PID 控制算法的选择由两种：位置型和增量型。
位置型PID 控制数学表达式如下：
0()(1)()[()()]k p D i I T E k E k U k K E k E i T T T
=--=+∑+ 增量型PID 控制数学表达式如下：
()[()(1)]()[()2(1)(2)]D p p
p I T T U k K E k E k K E k K E k E k E k T T ?=--++--+- 物料出口温度1()t θ
1TT TT 2T T
1T C 2T C 燃料 物料入口
管式加热炉 +
+ + —— —
—
令0(1)D p I T T q K T T
=++,1(12)D p T q K T =-+,2D p T q K T =则 012()()(1)(2)U k q E k q E k q E k ?=+-+-
012()(1)()(1)()(1)(2)U k U k U k U k q E k q E k q E k =-+?=-++-+-
比较两种数字PID 控制的数学表达式可知，增量型控制算法不需要做累加，控制量的增量的确定仅与最近几次误差采样值有关，计算误差和计算精度问题对控制量的计算影响较小。而位置型算法要用到过去的误差的累加值，容易产生较大的累加误差。同时增量型算法得出的是控制量的增量，例如阀门控制中，只输出阀门开度的变化部分，误动作影响小，不会严重影响系统的工作。而位置型算法输出的是控制量的全量输出，误动作影响大。
除此以外，采用增量型PID 数字控制算法，易于实现手动到自动的无冲击切换。
经过以上的分析可知，采用增量型数字PID 控制算法较好。相应的数字PID 增量型控制算法流程图如图7所示。
3.2数字PID 控制器参数整定
串级控制系统通常用于对主参数控制要求比较严格的生产过程，同时在串级控制系统中，对副参数的要求是能准确快速地跟踪主调节器输出的变化。这种要求的不同是我们合理选择参数整定方法的依据。
串级控制系统的参数整定常用工程整定方法有：逐步逼近法，两步整定法和一步整定法。逐步逼近法是依次整定主回路、副回路，然后循环进行，逐步逼近主、副回路的最佳状态。两步整定是让系统处于串级控制状态，首先按单回路控制系统整定副回路调节器的参数，然后把已经整定好的副回路视为串级控制系统的一个环节，仍然按照单回路参数整定的方法对主控制器的参数进行整定。一步整定法是根据经验，先将副调节器的参数一次调好，不再变动；然后按照单回路控制系统的整定方法直接整定主调节器的参数。
比较几种整定方法，逐步逼近法比较繁琐，而且工作量大；两步整定法虽然能满足对主、副参数的要求，但是要分两步进行，需要寻求两个衰减比为4：1的衰减振荡过程，同样比较繁琐。相比较而言，一步整定法的整定过程简单而且工作量相对较小。故在这里选用一步参数整定法对串级控制系统进行参数整定。
系统参数整定步骤：
（1）在正常生产，系统为纯比例运行的条件下（即I T 为无穷大，D T 为零），根据工程经验，确定副环调节器（为P 型控制器）的参数比例度。
（2）将副回路视为一个环节，按照单回路参数整定的方法对主控制器的参数进行整定。把系统中的调节器设置成纯比例作用（即I T 为无穷大，D T 为零），将δ由大到小的规律进行调整，直到被控参数出现等副振荡为止。记下此时的比例度K δ（临界比例度）和等副振荡的周期K T （临界振荡周期）。根据相应的经验公式可以计算出 1.6K δδ=，0.5I K T T =，0.5D I T T =。
（3）在已整定参数条件下，观察控制过程，适当调整主调节器的参数，使其满足工艺要求。
4总结与展望
在为期一个多星期的课程设计中，遇到过很多很多的问题，但我通过很多有效地途径，例如上网查相关资料，问身边的同学与朋友，或者请教本专业的老师，都得到了解决。
刚开始的时候，对管式加热炉与串级控制系统只有个大概的了解，我去图书馆仔细查阅了介绍过程控制系统的相关书籍，并在网上搜类似的设计来参考，详细了解其工作原理，并对管式加热炉控制系统的设计有一个大概的构思。方案的选取也是一个问题，但通过综合分析，与同学互相讨论，觉得如果要对温度控制要求高，必须得选串级控制系统，才能达到控制的相关要求。然后参考专业书籍，选取元器件，列好清单。在画系统结构图这一方面，一些是用画图工具画出来的，但由于时间与经验上的关系，有一部分是从相关资料上截下来的图，这是以后做课程设计时需要改进提高的地方。当然，对一篇课程设计来说，格式也是一个重要的方面，我仔细按着知道老师的格式要求，认真编辑，达到好的效果。
在做课程设计的过程中，不断发现新的问题，不断去寻找好的解决方法，不断去改变，改进，才能让自己得到提高。我们首先要学好理论，然后抓住机会实践，在实践中加深对理论的理解，理论与实践相结合，才能学好专业知识，为未来打好基础。
5心得体会
本文是对管式加热炉温度控制系统的设计，通过几天的努力对该电路有了较为深入的研究，也进一步熟悉了该系统的结构形式、工作原理及各个器件的作用和设计。
课程设计期间，借用图书馆的书籍以及通过网络上的搜索，查阅了许多关于本设计的书籍和资料，学会了如何使用现有的图书馆资料，让我真正的把在大学里学的《数字资源检索教程》课程运用到实践的生活中，让我也体会到理论的重要。在指导老师的指导下，并与有共同设计内容的同学交流，分析、整理和研究课题，先确立了设计基本思路，遇到问题及时与指导老师沟通，在老师的指点和自己的努力，最后完成了整个设计。
在设计过程中，从拿到题目，方案的设计到方案的确定，都经过了严谨的思考，回路的设计，调节器的正反作用的确定，被控参数的选择，使系统能够达到设计目的。在设计中，遇到了许多困难，老师对该论文从开始的题目介绍，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导, 同时，其他的同学，在设计的过程中曾耐心给与帮助，使我得以最终完成这次关于管式加热炉温度控制系统的设计。我们以前学习的知识都渐渐离我们远去，甚至不知道、不清楚哪些知识该用到哪些地方，什么时候用。学校安排了这次管式加热炉温度控制系统的课程设计，通过自己查找资料，了解情况，让我们清楚我们学的知识与现实工业生产之间的联系，使得我们对知识更加了解和巩固。
通过这次设计，我对过程控制系统在工业中的运用有了深入的认识，对过程控制系统设计步骤、思路有一定的了解与认识。我学到了控制系统的设计方法和步骤，拓展了知识面，了解了工业工程中控制系统起到的重要作用。与此同时，在团队的协作中使我们在与人共事之中学会交流学会合作。因为在今后的工作中一个人独立完成不与别人合作，是基本不可能的，所以在这次课程设计中也锻炼了我们的团队的协作精神，为今后的学习和工作积累了经验，是一笔难得的财富。
参考文献
[1] 陈宗海.过程系统建模与仿真.中国科学技术大学出版社
[2] 傅信鉴.过程计算机控制系统.西北工业大学出版社
[3] 李友善．自动控制原理．国防工业出版社
[4] 方康玲.过程控制系统.武汉理工大学出版社
[5] 胡寿松．自动控制原理．科学出版社
设定q0,q1,q2
置E(k-1)和E(k)为0
将A/D结果赋给Y(k)
求E(k)=R(k)-Y(k)
计算控制增量
将控制增量输给DAC
令E(k-2)=E(k-1)
E(k-1)=E(k)
N
采样时刻到否
Y
图7 数字PID增量型控制算法流程图
湖南理工学院南湖学院 课程设计 题目：电加热炉温度控制系统设计专业:机械电子工程 组名：第三组 班级：机电班 组成员:彭江林、谢超、薛文熙
目录 1 意义与要求 (2) 1.1 实际意义 (2) 1.2 技术要求 (2) 2 设计内容及步骤 (2) 2.1 方案设计 (2) 2.2 详细设计 (3) 2.2.1 主要硬件介绍 (3) 2.2.2 电路设计方法 (4) 2.2.3 绘制流程图 (7) 2.2.4 程序设计 (8) 2.3 调试和仿真 (8) 3 结果分析 (9) 4 课程设计心得体会 (10) 参考文献 (10) 附录............................................................ 10-27
1 意义与要求 1.1 实际意义 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。通过这次课程设计，我们将自己动手设计一个小型的计算机控制系统，目的在于将理论结合实践以加深我们对课本知识的理解。 1.2 技术要求 要求利用所学过的知识设计一个温度控制系统，并用软件仿真。功能要求如下： （1）能够利用温度传感器检测环境中的实时温度； （2）能对所要求的温度进行设定； （3）将传感器检测到得实时温度与设定值相比较，当环境中的温度高于或低于所设定的温度时，系统会自动做出相应的动作来改变这一状况，使系统温度始终保持在设定的温度值。 2 设计内容及步骤 2.1 方案设计 要想达到技术要求的内容，少不了以下几种器件：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
吉林建筑大学城建学院课程设计报告 题目名称加热炉出口温度控制系统设计院（系）电气工程及其自动化 课程名称过程控制工程课程设计 班级电气13-1 学号 学生姓名 指导教师 起止日期2016.6.20-2016.7.1 成绩
目录 摘要 (Ⅰ) ABSTRACT (Ⅱ) 第1章绪论 (1) 1.1 设计目的 (1) 1.2 设计任务 (1) 1.3加热炉温度控制系统简介 (1) 1.4加热炉温度控制系统的发展 (2) 第2章对象模型建立 (4) 2．1 建立数学模型 (4) 2．2控制系统分析 (5) 第3章系统设备选型 (6) 3.1 测量变送器和传感器的选择 (6) 3.2执行器的选择 (6) 3.3控制器的选择 (6) 第4章控制器参数整定及Simulink仿真 (9) 4.1控制器参数整定 (9) 4.2Simulink仿真 (11) 结论 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14)
摘要 随着我国国民经济的快速发展，加热炉的使用范围越来越广泛。随着网络技术的发展和整个工厂完全实现两级自动化管理，在过程级上通过相应的终端了解任何一个设备或任何一个装置的控制情况以及生产情况。过程控制系统在加热炉系统中得到广泛的应用，它是加热炉控制系统的重要部分，是对以及控制系统的一个总领和扩充。现代加热炉的生产过程可以实现高度的过程控制，以保证在加热过程中温度的准确控制，这就为工业生产提供了有利条件。加热炉是工业生产中的一个重要装置，它的任务是把原料加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。因此加热炉的温度控制起着举足轻重的作用。 关键词：加热炉；过程控制系统；温度控制
微型计算机控制技术 课程设计 ----电阻加热炉温度控制 学院：信息工程学院 专业班级：自动化0703班 姓名：唐凯 学号：
目录 一、摘要 二、总体方案设计 1、设计内容及要求 2、工艺要求 3、要求实现的系统基本功能 4、对象分析 5、系统功能设计 三、硬件的设计和实现 四、数字控制器的设计） 五、软件设计） 1、系统程序流程图 2、程序清单 六、完整的系统电路图 七、系统调试 八、设计总结 九、参考文献
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。
目录 一、工艺介绍 (2) 二、功能的设计 (4) 三、实现的情况以及效果 (6)
一、工艺介绍 在钢厂中轧钢车间在对工件进行轧制前需要将工件加热到一定的温度，如图1表示其中一个加热段的温度控制系统。在图中采用了6台设有断偶报警的温度变送器、3台高值选择器、1台加法器、1台PID调节器和1台电器转换器组成系统。 利用阶跃响应便识的，以控制电流为输入、加热炉温度为输出的系统的传递函数为： 温度测量与变送器的传递函数为： 由于，因此，上式中可简化为： 在实际的设计控制系统时，首先采用了常规PID控制系统，但控制响应超调量较大，不能满足控制要求。
图1 对如图1所示的加热炉多点平均温度系统采用可变增益自适应纯滞后补偿进行仿真。 加入补偿环节后，PID调节器所控制的对象包括原来的对象和补偿环节两部分，于是等效对象的特性G（s）可以写成： 即补偿后的广义被控对象不在含有纯延迟环节，所以，采用纯滞后的对象特性比原来的对象容易控制的多。 但实际应用中发现，加热锅炉由于使用时间长短不同及处理工件数量不同，会引起特性变化，导致补偿模型精度降低，从而使纯滞后补偿特性变差，很难满足实际生产的稳定控制要求。
为改善调节效果，在控制线路中加入两个非线性单元——除法器与乘法器，构成如图所示的加热炉多点温度控制纯滞后自适应控制系统。 二、功能的设计 1、系统辨识 经辨识的被控对象模型为： 所以，带可变增益的自适应补偿控制结构框图如图
图2 加热炉多点温度控制纯滞后自适应补偿系统控制框图2、无调节器的开环系统稳定性分析 理想情况下，无调节器的开环传递函数为： 上式中所示广义被控对象的Bode图如下图所示。 图3
过程控制系统课程设计 设计题目加热炉温度控制系统 学生姓名 专业班级自动化 学号 指导老师 2010年12月31日 目录 第1章设计的目的和意义 (2) 第2章控制系统工艺流程及控制要求 (2) 2.1 生产工艺介绍
2.2 控制要求 第3章总体设计方案 (3) 3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图 第4章控制系统设计 (5) 4.1 系统控制参数确定 4.2 PID调节器设计 第5章控制仪表的选型和配置 (7) 5.1 检测元件 5.2 变送器 5.3 调节器 5.4 执行器 第6章系统控制接线图 (13) 第7章元件清单 (13) 第8章收获和体会 (14) 参考文献 第1章设计的目的和意义 电加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定
性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。 在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。 这里，给出了一种简单的温度控制系统的实现方案。 第2章控制系统工艺流程及控制要求 2.1 生产工艺介绍 加热炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。 加热炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的加热炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。 本加热炉环节中，燃料与空气按照一定比例送入加热炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给物料。物料被加热后，温度达到生产要求后，进入下一个工艺环节。 加热炉设备主要工艺流程图如图2-1所示。
电阻加热炉温度控制精 选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
微型计算机控制技术 课程设计 ----电阻加热炉温度控制 学院：信息工程学院 专业班级：自动化0703班 姓名：唐凯 学号：07001139
目录 一、摘要 二、总体方案设计 1、设计内容及要求 2、工艺要求 3、要求实现的系统基本功能 4、对象分析 5、系统功能设计 三、硬件的设计和实现 四、数字控制器的设计） 五、软件设计） 1、系统程序流程图 2、程序清单 六、完整的系统电路图 七、系统调试 八、设计总结 九、参考文献
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。
第一章系统分析与控制方案的确立 1.系统分析 图1.1所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。 T1出口 支路1 炉膛 支路2 燃料 被加热物料 图1.1加热炉出口温度系统 由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。 2.串级控制系统的设计 加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度为副变量，构成炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统有效地提高控制质量，以满足工业生产的要求，系统的串级控制结构图如图1.2所示。
图 1.2 加热炉出口温度串级控制系统结构图 串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，引起主、副变量偏离设 定值，由主、副调节器通过控制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的 过渡过程。由加热炉出口温度串级控制系统结构图可绘制出其结构方框图，如 图 1.3 所示。 图 1.3 加热炉出口温度串级控制系统结构方框图 (1) 主被控参数的选择 应选择被控过程中能直接反映生产过程中的产品产量和质量，又易于测量 的参数。在加热炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统中加热炉出口温度为系 统的主被控参数，因为加热炉出口温度是整个控制作用的关键，要求出口物料 温度维持在某给定值上下。如果其调节欠妥当，会造成整个系统控制设计的失 败。 (2) 副被控制参数的选择 从整个系统来看，加热炉的炉膛温度虽然不是我们要控制的直接目标，但 是炉膛温度会很大程度上影响出口物料的温度，因此我们选择炉膛温度为副被 控参数。 (3) 控制器的选择 主控制器的选择：主被控变量是工艺操作的主要指标（温度），允许波动的 度 副控制器 调节阀 主控制器 主检测、变送仪表 副检测、变送仪表 炉膛 出口温度
学号 天津城建大学 过程控制课程设计 设计说明书 某加热炉温度控制 起止日期：2014 年6 月23 日至2014 年6 月27 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 控制与机械工程学院 2014年6月27 日
天津城建大学 课程设计任务书 2013 -2014学年第2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级13电气11班 姓名学号 课程设计名称：过程控制 设计题目：某加热炉温度控制 完成期限：自2014 年6 月23 日至2014 年 6 月27 日共1 周设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 某温度过程在阶跃扰动1/ ?=作用下，其温度变化的数据如下： q t h 试根据实验数据设计一个超调量25% δ≤的无差控制系统。具体要求如下： p （1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型 （12）设计思路
三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004 [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000 [3] 过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：年月日
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：过程控制与集散系统课程设计班级：自动化2010级4班 学号：201004134140 姓名：肖翔 指导教师：万恒 二○一三年十一月
一．设计题目和设计要求； 设计题目：加热炉出口温度控制系统的设计 图１所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。 被加热物料 图1 加热炉出口温度系统 但是，由于炉子时间常数大，而且扰动的因素多，单回路反馈控制系统不能满足工艺对炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。 设计要求： 1.绘制加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图。 2.以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度的副变量，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统，要求绘制该串级控制系统结构图。 3.假设主对象的传递函数为0140()(1)(2) G s s s =++，副对象的传递函数为02()(1) G s s =+40，主、副控制器的传递函数分别为s K s G c c 21)(11+=，22)(c c K s G =，1)()(21==s G s G m m ， 请确定主、副控制器的参数（要求写出详细的参数估算过程）。 4.利用simulink 实现单回路系统仿真和串级系统仿真，分别给出系统输出 响应曲线。
基于单片机的电加热炉温度控制系统设计 王丽华1郑树展2 （1、天津职业大学，天津300402；2、天津航空机电有限公司，天津300123） 摘要：温度控制是工业对象中主要的控制参数之一，其控制系统本身的动态特性属于一阶纯滞后环节。以8051单片机为核心，采用温度变送器桥路和固态继电器控温电路，实现对电炉温度的自动控制。该控制系统具有硬件成本低、控温精度较高、可靠性好、抗干扰能力强等特点。 关键词：电加热炉控温固态继电器飞升曲线 0引言 传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 1电加热炉温度控制系统的硬件设计 电加热炉温度控制系统的硬件由图1所示各部件组成，它以8051单片机为核心，外扩键盘输入和LED显示温度。电加热炉炉内的实际温度由热电偶测量并转换成毫伏级的电压信号，通过温度变送器桥路实现零点迁移和冷端补偿，经运算放大器7650放大到0～5V，再经过有源低通滤波器滤波后，由A/D转换成数字量。此数字量经数字滤波、标度转换后，一方面通过LED将炉温显示出来；另一方面，将该温度值与被控温度值进行比较，根据其偏差值的大小，采用PID控制，通过PWM脉冲调宽功率放大器控制SSR固态继电器来控制电加热炉炉丝的导通时间，就可以控制电炉丝的加热功率大小，从而控制电炉的温度及升温速度，使其逐渐趋于给定值且达到平衡。 1.1 热电偶的选取 热电偶是温度测量传感器，对它的选择将直接影响检测误差的大小。目前多选K型或S 型（镍铬-镍硅）热电偶。两者相比，K型有较好的温度—热电势的线性度，但它不适宜于长时间在高温区适用；S型有高的精度，但温度—热电势的线性度较差。 A/D转换器 图1中A/D转换芯片采用ADC0809，其转换精度是1/256。若电加热炉工作温度是256℃，这样在（0～256）℃范围A/D的转换精度为256℃/256＝1℃/bit，即一个数字量表示1℃，这显然不能满足控制精度为±0.5℃要求。为了提高控制精度，可以选用更高位的A/D转换器，如10位、12位、16位A/D转换器，其控值精度均能满足要求。然而根据实际需要温度控制情况，也可以通过具有零点迁移和冷端补偿功能的温度变送桥路，缩小测温的范围，如
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, 然而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S7-200PLC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S7-200PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。 关键词：温度控制；PID；温度传感器；可控硅电压调整器 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢
Abstract Temperature control system has been widely used in the industry controlled field，as the temperature control system of boilers and welding machines in steel works、chemical plant、heat-engine plant etc. Heating-stove temperature control has also been applied widely in all kinds of fields .The application of this aspect is based on SCM which is making the PID control, yet the hardware and software design of DDC system controlled by SCM is somewhat complicated , it’s not an advantage especially related to logic control, however it is accepted as the best choice when mentioned to PLC. The furnace temperature of heating-stove is a large inertia system，so generally using PID adjusting to control. With the expanding of PLC function, the control function in many PLC controllers has been expanded. Therefore it is more reasonable to apply PLC controlling in the applicable fields where logical control and PID control blend together. The design has utilized the control system with which Siemens S7-200 PLC control the temperature heating-stove. In the first place this paper presents the working principles of the temperature control system and the elements of this system. Then it introduces Siemens S7-200 PLC and the specific design procedures of the hardware and the software. Keywords Temperature control PID temperature pickup SCR V oltage Converter 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢I
二○一六～二○一七学年第一学期 信息科学与工程学院课程设计报告书 课程名称： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 二○一六年十月
1. 设计题目 加热炉出口温度控制系统的设计 2. 设计任务 图１所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。 被加热物料 图1 加热炉出口温度系统 但是，由于炉子时间常数大，而且扰动的因素多，单回路反馈控制系统不能满足工艺对炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。 3. 设计要求 1)绘制加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图。 2)以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度的副变量，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统，要求绘制该串级控制系统结构图。 3)假设主对象的传递函数为) 2)(1(1)(01++=s s s G ，副对象的传递函数为) 1(1)(02+=s s G ，主、副控制器的传递函数分别为s K s G c c 21)(11+=，22)(c c K s G =，1)()(21==s G s G m m ，请确定主、副控制器的参数（要求写出详细的参数估算过程）。 4)利用simulink 实现单回路系统仿真和串级系统仿真，分别给出系统输出响应曲线。
一．单回路反馈控制系统的设计 单回路反馈控制系统结构框图 原料出口温度T受进入管式加热炉原料的初始温度和进入流量和燃烧值的影响。在原料流量一定的情况下，在燃料入口处安装一个调节阀，控制进入管式加热炉的燃料流量，调节阀的开度大小由原料出口温度值控制，构成管式加热炉的燃料流量，调节阀的开度大小由原料出口温度值控制，构成管式加热炉出口温度单回路反馈控制系统。 二．串级控制系统的设计 单回路控制系统的控制效果较差，很难达到满意的效果。采用串级控制系统，以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度的副变量，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统。 串级控制系统回路的结构框图
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。在保温段当温度高于352℃或低于348℃时要报警，在升温和降温阶段也要进行控制，使炉内温度按照曲线的斜率升或降。 采用MCS—51单片机作为控制器，ADC0809模数转换芯片为模拟量输入，DAC0832数模转换芯片为模拟量输出，铂电阻为温度检测元件，运算放大器和可控硅作为功率放大，电阻炉为被控对象，组成电阻炉炉温控制系统，另外，系统还配有数字显示，以便显示和记录生产过程中的温度和输出值。 5、系统功能设计 计算机定时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，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。
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： 1 )(+=-s T e K s G d s d τ 其中：时间常数Td=350秒 放大系数Kd=50 滞后时间τ=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 看门狗 报警提醒 通信接口 LED 显示 键盘 微 型 控 制 机 AT89S52 温度检测PT100 驱动执行机构 8路D/A 转换器DAC0832 测量变送 8路A/D 转换器ADC0809 加热电阻 温度
第1章绪论 1.1 综述 在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。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。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。 1.2 加热炉温度控制系统的研究现状 随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用，在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，广泛使用于加热炉、热处理炉、反应炉等。 温度是工业对象中的一个重要的被控参数。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加热方法也不同，例如煤气、天然气、油、电等;由于工艺不同，所需要的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，控制温度的精度也不同，因而对数据采集的精度和所采用的控制算法也不同。 传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。不仅如此，传统的控制方式不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于它主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效
设计说明书 设计题目电加热炉温度控制系统 完成日期2013 年7 月12 日 专业班级自动化12本 设计者 指导教师
课程设计成绩评定
目录 前言 (1) 第一章设计方案概述 (2) 1.1设计内容 (2) 1.2设计方案 (2) 第二章硬件部分设计 (2) 2.1温度检测电路 (2) 2.2单片机连接电路 (3) 2.3 LCD显示部分 (4) 2.4按键与报警电路 (5) 2.5加热控制电路部分 (5) 第三章软件部分设计 (6) 3.1周期采样程序 (6) 3.2数字滤波程序 (6) 3.3 PID程序 (7) 3.4总程序 (9) 心得与体会 (10) 参考文献 (11)
前言 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。 本次设计是电加热炉温度自动控制系统。该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定；实现工业过程中PID控制。它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，送入计算机中，与设定值比较出偏差。对偏差按PID规律进行调整，得出对应的控制量来控制固态续电器、调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制。在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长，否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。
广西工业职业技术学院 设计说明书 课题名称：加热炉温度控制系统设计 姓名：吴雨冬 专业：过程控制 班级：自动化1031 起止日期 2011年12月 1日～2011年 12月30日指导教师：黎鸿坤
广西工业职业技术学院 设计说明书 题目：加热炉温度控制系统设计
目录 前言 (1) 第一章设计的目的及意义 (2) 第二章控制系统工艺流程及控制要求 (2) 2.1 生产工艺介绍 2.2 控制要求 第三章总体设计方案 (3) 3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图 第四章控制系统设计 (5) 4.1 系统控制参数确定 第五章控制仪表的选型和配置 (6) 5.1一体化温度变送器 5.2 DX2000型无纸记录仪 5.3 调节器 5.4 执行器 5.5 电/气阀门定位器ZPD-01 5.6 安全栅 5.7 配电器 5.8 薄膜气动调节阀ZMBS-16K 第六章联锁保护 (11) 第七章系统控制接线图 (12) 第八章收获和体会 (13) 参考文献
前言 在工业中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中温度控制也也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对环境中的温度进行控制。在石油工业中，加热炉尤为重要，加热炉应用非常明显。而对加热炉进行温度控制在整个工艺生产中的重要性尤为突出。
第一章设计的目的及意义 加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。 在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。
内蒙古科技大学 过程控制工程课程设计说明书 题目：高炉热风炉出口温度控制系统设计 学生姓名：====== 学号：====== 专业：测控技术与仪器 班级：====== 指导教师：======
目录 引言 (2) 1 高炉炼铁概述 (3) 1.1 高炉炼铁的工艺过程 (3) 1.2 高炉炼铁的主要组成部分 (4) 1.3热风炉的工作原理 (4) 2 热风炉出口温度过程控制设计 (4) 2.1 被控参数与控制参数的选择 (4) 2.2 出口温度控制方案设计 (5) 2.2.1 单回路控制系统结构与原理 (5) 2.2.2 出口温度单回路控制方案 (6) 2.3 仪器仪表的选用 (7) 2.3.1 检测仪表的选型 (7) 2.3.2 执行器的选型 (8) 2.3.3 调节器的选用 (9) 3 课程设计总结与心得 (11) 参考文献 (12)
引言 近年来，随着我国经济的快速发展，在基础实施行业的带动下我国炼铁控制也处于高速发展阶段。我国高炉现有1300多座，大于1000m3以上容积的高炉有150多座，高炉大型化的进程步伐加快，建设了四座4000 m3级的高炉，五座3200 m3级的高炉。现在存在的炼铁方法有：高炉炼铁、冲天炉炼铁、电化铁路炼铁、感应炉炼铁等，但现代大型工业中普遍采用高炉炼铁，因为高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大,劳动生产率高,能耗低，高炉炼铁方法生产的铁占世界铁总产量的95％以上。 在炼铁产量不断增长的同时，我国高炉炼铁技术也取得了很大的进步，入炉焦比和炼铁工序能耗不断下降，喷煤比、热风温度和利用系数不断提高，高炉操作技术也日趋成熟，各项技术经济指标得到进一步改善。高炉在钢铁厂生产中处于十分重要的位置，高炉冶炼过程是一个连续的、大规模的、高温生产过程，高炉炼铁主要有五大系统组成：送风系统、渣铁处理系统、喷吹系统、煤气系统、上料系统。 送风系统是高炉最重要的部分之一，风是高炉冶炼过程的物质基础之一，同时又是高炉行程的运动因素。高炉送风系统是由风机、冷风管道、热风炉、热风管道及相关的各种阀门和烟囱、烟道等所组成。热风炉把加热的热风与冷风管道的风混合，把具有一定温度的热风送给高炉。
电加热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。光电耦合器是由一个发光器件和和一个光电转换器件组成，这里所用的光电耦合器OPTOCOUPLER-NPN是由一个发光二极管和一个光敏晶体管所组成。当发光二极管发光，就会使得光敏晶体管导通，继电器通电动作，将开关吸合，电动机回路断开。 2.2 电路设计方法： 1．显示部分电路 显示电路截图如下图所示： 图2 显示部分电路图
本科毕业论文(设计) 题目：基于单片机对加热炉温度控制系统 二O一〇年 6 月 1 日
目录 摘要.................................................................................................................................................................. - 2 - 绪论.............................................................................................................................................................. - 3 - 第1章单片机对加热炉温度控制的简介.................................................................................................. - 4 - 第2章单片机内部结构及引脚作用简介.................................................................................................. - 5 - 2.1单片机内部模块................................................................................................................................ - 5 - 2.1.1 MCS-51单片机内部结构 ..................................................................................................... - 5 - 2.1.2 主电源引脚............................................................................................................................ - 6 - 2.1.3 外接晶体引脚........................................................................................................................ - 6 - 2.1.4 MCS-51 输入/输出引脚 ........................................................................................................ - 6 - 2.1.5 MCS-51控制线..................................................................................................................... - 6 - 2.2单片机外总线结构............................................................................................................................ - 7 - 2.3 MCS-51单片机系统扩展....................................................................................................... - 7 - 第三章硬件系统设计.................................................................................................................................... - 8 - 3.1 总体设计........................................................................................................................................... - 8 - 3.2 程序存储器的扩展........................................................................................................................... - 9 - 3.3温控模块的设计.............................................................................................................................. - 10 - 3.4 8155接口电路............................................................................................................................ - 11 - 3.4.1 8155简介......................................................................................................................... - 11 - 3.4.2 8155的RAM和I/O口地址编码 ..................................................................................... - 11 - 3.5 A/D转换电路............................................................................................................................... - 12 - 3.5.1引脚结构............................................................................................................................. - 13 - 3.6 可控硅控制电路........................................................................................................................... - 13 - 第四章软件系统设计.................................................................................................................................. - 15 - 4.1 主程序........................................................................................................................................... - 15 - 4.2 T0中断服务程序 ......................................................................................................................... - 16 - 4.3 采样子程序................................................................................................................................... - 17 - 4.4 数字滤波程序............................................................................................................................... - 18 - 总结................................................................................................................................................................ - 20 - 参考文献........................................................................................................................................................ - 21 - 附录................................................................................................................................................................ - 22 - 程序清单................................................................................................................................................ - 22 -