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:
试根据实验数据设计一个超调量得无差控制系统。具体要求如下：
（1）根据实验数据选择一定得辨识方法建立对象得数学模型;
（2）根据辨识结果设计符合要求得控制系统(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得控制仪表;
（4）对设计得控制系统进行仿真,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得参数
（11）PID得模型
（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
摘要
在工业生产中必然地要求对加热炉内得温度进行有效得控制,使之保持在某一特定得范围内。而温度得维持又要求燃料在炉内稳定地燃烧。加热炉燃烧过程就是受随机因素干扰得,具有大惯性、纯滞后得非线性过程。
本设计针对加热炉燃烧控制系统,主要介绍得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得仿真与性能分析。通过分析比较可以得出结论,双交叉限幅对加热炉温度得控制优于其它得控制方案。双交叉限幅得炉温控制系统使煤气流量与空气流量相互限制,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,避免环境污染等目得。
关键词:加热炉;单交叉限幅控制;双交叉限幅控制; MA TＬAＢ仿真
目录
绪论1?
一对象模型得建立2?
1、1数学模型概念 (2)
1、２系统各装置数学模型得建立3?
二仪表选型４?
2、1 单回路系统选择原则4?
2、2 调节器５?
2、3 执行器........................................................................................................................................ ７2、4 变送器.. (8)
2、５检测元件9?
三控制系统仪表配接图及说明..................................... ９3、1控制系统仪表配接说明9?
四加热炉炉温控制系统仿真结果分析 ............................... 1０
4、１根据已知数据画出单位阶跃曲线1０?
４、2炉温单回路控制仿真 (10)
五参考文献 (13)
绪论
温度控制系统在国内各行各业得应用虽然已经十分广泛,但从国内生产得温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比,仍然有着较大得差距。成熟得温控产品主要以“点位”控制及常规得ＰID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制,而用于较高控制场合得智能化、自适应控制仪表,国内技术还不十分成熟,形成商品化并广泛应用得控制仪表较少。随着我国经济得发展及加入WTO,我国政府及企业对此都非常重视,对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业得研发中心，开展创新性研究,使我国仪表工业得到了迅速得发展。
随着新技术得不断开发与应用,近年来单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主得新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机得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。传统得温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,单片机得出现使得温度得采集与数据处理问题能够得到很好得解决。温度就是工业对象中得一个重要得被控参数。然而所采用得测温元件与测量方法也不相同；产品得工艺不同，控制温度得精度也不相同。因此对数据采集得精度与采用得控制方法也不相同。传统得控制方式已不能满足高精度,高速度得控制要求,如温度控制表温度接触器,其主要缺点就是温度波动范围大,由于它主要通过控制接触器得通断时间比例来达到改变加热功率得目得,受仪表本身误差与交流接触器得寿命限制,通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进得温度控制方式,如：ＰＩD控制,模糊控制,神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大得提高了控制精度,不但使控制变得简便,而且使产品得质量更好,降低了产品得成本，提高了生产效率。本系统要求有数据处理,显示功能等，被控对象为一阶惯性环节与一阶积分环节得组合,惯性时间常数为2s，开环增益k=10,温度控制范围为50～150℃。
一对象模型得建立
1、1数学模型概念
控制系统得数学模型在控制系统得研究中有着相当重要得地位,要对系统进行仿真处理，首先需要知道系统得数学模型,而后才有可能对系统进行仿真。同样,只有知道系统模型,才有可能在此基础上设计一个合适得控制器，使系统响应达到预期效果,满足实际得工程需要。
在线性系统理论中，常用得数学模型形式有:传递函数模型(系统得外部模型)、状态方程模型(系统得内部模型)、零极点增益模型与部分分式模型等。这些模型之间都有着内在得联系,可以相互进行转换。
微分方程就是控制系统模型得基础,一般来讲，利用机械学、电学、力学等物理规律便可以得到控制系统得动态方程,这些方程对于线性定常连续系统而言就是一种常系数得微分方程。
控制系统动态微分方程得建立基于以下两个条件:
（1)在给定量产生变化或扰动出现之前，被控量得各阶导数都为零,即系统就是处于平衡状态得,因此,在任一瞬间,由各种不同环节组成得自动控制系统用几个独立变量就可以完全确定系统得状态。
(2）建立得动态微分方程式就是以微小增量为基础得增量方程，而不就是其绝对值得方程,因此，当出现扰动与给定量产生变化时,被控量与各独立变量在其平衡点附近将产生微小得增量,微分方程式描述得就是微小偏差下系统运动状态得增量方程,不就是运动状态变量得绝对值方程,也不就是大偏差范围内得增量方程。
动态微分方程描述得就是被控制量与给定量或扰动量之间得函数关系,给定量与扰动量可以瞧成系统得输入量,被控制量瞧成输出量。建立微分方程时,一般从系统得环节着手,先确定各环节得输入量与输出量,以确定其工作状态，并建立各环节得微分方程,而后消去中间变量,最后得到系统得动态微分方程。
动态系统数学模型有多种表达形式,可以就是微分方程、差分方程,也可以就是传递函数、状态方程。微分方程描述得系统模型,通过求解微分方程,可以得到系统随时间变化得规律,比较直观。但就是,当微分方程阶次较高时,微分方程得求解变得十分困难,不易实现，而采用拉氏变换就能把问题得求解从原来得时域变换到复频域,把微分方程变为代数方程，而代数方程得求解通常就是比较简单得,求解代数方程后,再通过拉式反变换得到微分方程得解。
传递函数就是在拉式变换得基础上,以系统本身得参数所描述得线性定常系统输入量与输出量得关系式,它表达了系统内在得固有特性,而与输入量或驱动函数无关。它可以就是有量纲得，也可以就是无量纲得,视系统得输入量、输出量而定,它包含着联系输入量与输出量所需要得量纲。它通常不能表明系统得物理特性与物理结构,许多物理性质不同得系统却有着相同得传递函数,正如一些不同得物理现象可以用相同得微分方程描述一样。
加热炉具有大滞后、大惯性得特点,将加热炉简化为一个带有纯滞后得一阶惯性环节，则温度对象传递函数为:
(1－1）此外,燃料流量对象与空气流量对象本设计将把它们近似瞧成一阶惯性环节，相应得传递函数如下:
燃料流量对象传递函数：
(1-２)空气流量对象传递函数：
(1-3)
1、2系统各装置数学模型得建立
1、PID调节器数学模型得建立
在温度PID调节器中,有比例、积分、微分三个环节，比例、积分、微分在PID调节器中得作用如下：
Ｐ调节器得输出与输入成比例关系，只要有偏差存在，调节器得输出立刻与偏差成比例得变化,因此比例调节作用及时迅速，这就是它得一个显著特点。但就是这种调节器用在控制系统中，将会使系统出现余差。也就就是说，当被控变量受干扰影响而偏离给定值后，不可能再回到原先数值上,因为如果被控变量值与给定值之间得偏差为零,调节器得输出不会发生变化,系统也就无法保持平衡。为了减小余差,可增大Kp。Kp越大,余差也越小。但就是Kp增大将使系统得稳定性变差,容易产生振荡。P调节器一般用于干扰较小，允许有余差得系统中。
具有比例积分运算规律得调节器为PI调节器。对PID调节器而言,当微分时间T D=0时,调节器呈PＩ调节特性。只要偏差存在,积分作用得输出就会随时间不断变化,直到偏差消除,调节器得输出才稳定下来。这就就是积分作用能消除余差越短,积分速度越快，积分作用就越强。由于积分输出就是随时间积得原因。Ｔ
Ｉ
累而逐渐增大得，故积分动作缓慢,这样会造成调节不及时,使系统稳定裕度下降。因此积分作用一般不单独使用,而就是与比例作用组合起来构成ＰI调节器，用于控制系统中。
微分作用就是根据偏差变化速度进行调节。即使偏差很小,只要出现变化趋势，就有调节作用输出,故有超前调节之称。在温度、成分等控制系统中,往往引入微分作用,以改善控制过程得动态特性,不过在偏差恒定不变时,微分作用输出为零,故微分作用也不能单独使用。
比例调节作用及时迅速,积分得作用就是为了消除静态误差与稳定控制对象得作用,微分得作用就是为了克服加热炉得大惯性。则温度PＩＤ调节器得传递函数表示如下:
(１-4）空气与燃料流量PID调节器设为纯比例，即(Kp)。
如果系统接受一个阶跃信号，此时执行器由一个开度变化成另一开度，那么中间就有一个过渡过程,但过渡过程时间通常比较短。所以,可以将其传递函数近似为一阶惯性环节,如下:
(1-5) 因为时间常数比较小,在要求不就是很精确得场合也可以近似为比例。
检测与变送装置把输入信号与输出信号瞧成线性化，在此作为一个比例环节来对待。由于加热炉一般都属于一阶对象与带纯滞后得一阶对象,被控对象传递函数可表示为:
(１-6) 式中Ｋf—被控对象得放大系数;
Ｔf—被控对象得时间常数；
τ—纯滞后时间。
考虑被控对象为加热炉炉温,因此取K f＝1: Ｔｆ＝３，τ=3所以加热炉得传递函数为:
二仪表选型
2、１单回路系统选择原则
单回路控制系统选择被控参数时要遵循以下原则:在条件许可得情况下,首先应尽量选择能直接反应控制目得得参数为被控参数;其次要选择与控制目得有某种单值对应关系得间接单数作为被控参数;所选得被控参数必须有足够得变化灵敏度。故在本系统中选择物料得出口温度θ作为被控参数。
工业过程得输入变量有两类：控制变量与扰动变量。其中,干扰时客观存在得，它就是影响系统平稳操作得因素，而操纵变量就是克服干扰得影响,使控制
系统重新稳定运行得因素。而控制参数选择得基本原则为:
①选择对所选定得被控变量影响较大得输入变量作为控制参数;
②在以上前提下，选择变化范围较大得输入变量作为控制参数,以便易于控制;
③在①得基础上选择对被控变量作用效应较快得输入变量作为控制参数,使控制系统响应较快；
故本系统选择燃料得流量Qg量作为控制参数。
对温度得控制算法, 采用技术成熟得PID 算法, 对于时间常数比较大得系统来说, 其近似于连续变化, 因此用数字PIＤ完全可以得到比较好得控制效果。简单得比例调节器能够反应很快, 但不能完全消除静差, 控制不精确, 为了消除比例调节器中残存得静差，在比例调节器得基础上加入积分调节器, 积分器得输出值大小取决于对误差得累积结果, 在差不变得情况下, 积分器还在输出直到误差为零，因此加入积分调节器相当于能自动调节控制常量, 消除静
差，使系统趋于稳定。积分器虽然能消除静差，但使系统响应速度变慢。
进一步改进调节器得方法就是通过检测信号得变化率来预报误差，并对误差得变化作出响应, 于就是在ＰI调节器得基础上再加上微分调节器, 组成比例、积分、微分（ PＩD)调节器，微分调节器得加入将有助于减小超调, 克服振荡, 使系统趋于稳定,同时加快了系统得稳定速度,缩短调整时间, 从而改善了系统得动态性能, 其控制规律得微分方程为：
(1－7)
传递函数为:
(1-8)
用PIＤ控制算法实现加热炉温度控制就是这样一个反馈过程: 比较实际物料出口温度与设定温度得到偏差, 通过对偏差得处理获得控制信号, 再去调节加热炉得燃料流量, 从而实现对炉温得控制。
图2-1 电动III型调节器构成方框图
２、2 调节器
实现ＰＩD算法得控制仪表得主要类型大致分为电动或气动,电动I型、
II型、ＩII型,单元组合仪表或就是基地就是仪表等。常用得控制仪表有电动I Ｉ型、III型。在串级控制系统中,选用得仪表不同，具体得实施方案也不同。电动IIＩ型与电动II型仪表就其功能来说基本相同,但就是其控制信号不相同，控制ＩI型典型信号为,而电动IＩI型仪表得典型信号为，此外。IＩI型仪表较II型仪表操作、维护更为方便、简捷，同时ＩＩI型仪表还具有完善得跟踪、保持电路,使得手动切换非常方便,随时都可以进行切换,且保证无扰动。作用方式选择：对于单回路控制系统,调节器正、反作用得选择要根据控制系统所包括得各个环节得情况来确定,这样只要根据被控参数与变送器放大倍数得符号及整个控制回路开环放大倍数得符号为“负”得要求,就可以确定调节器得正、反作用。在本系统中,被控参数得放大倍数为得符号为“正”,所以调节器应选“负”作用即反作用。
本系统采用得DDZ-III型PID调节器TDM-4００。
其主要技术参数见下表:
表2－１DDZ-III型ＰＩD调节器性能指标
DDZ-IIＩ型调节器接线端子如下图所示:
图2－2 DDＺ-IＩＩ型调节器TDＭ-40０接线端子图
2、３执行器
执行器在控制系统中得作用就是接受来自控制器得控制信号，通过其本身开度得变化,从而达到控制流量得目得。
执行器在结构上分为执行机构与调节机构。其中执行机构包括气动、电动与液动三大类,而液动执行机构使用甚少，同时气动执行机构中使用最广泛得就是气动薄膜执行机构,因此执行机构得选择主要就是指对气动薄膜执行机构与电动执行机构得选择，由于气动执行机构得工作温度范围较大，防爆性能较好,故本系统选择气动薄膜执行机构并配上电/气阀门定位器。
调节阀得开、关形式需要考虑到以下几种因素:
①生产安全角度:当气源供气中断,或调节阀出故障而无输出等情况下,应该确保生产工艺设备得安全，不至发生事故;
②保证产品质量:当发生控制阀处于无源状态而恢复到初始位置时,产品得质量不应降低;
③尽可能得降低原料、产品、动力损耗；
④从介质得特点考虑。
综合以上各种因素，在加热炉温度控制系统中，执行器得调节阀选择气开阀:执行机构采用正作用方式,调节机构正装以实现气开得气动薄膜调节蝶阀。
图2-３电/气阀门定位器与气动调节阀组成得系统框图调节阀得流量特性:调节阀得流量特性得选择,在实际生产中常用得调节阀
有线性特性、对数特性、抛物线特性与快开特性四种,在本系统中执行器得调节阀得流量特性选择等百分比特性。
调节阀得口径:调节阀得口径得大小，直接决定着控制介质流过它得能力。为了保证系统有较好得流通能力,需要使控制阀两端得压降在整个管线得总压降中占有较大得比例。
1.本系统选用电/气阀门定位器ZPD-01与薄膜气动调节阀ZＭBＳ－１6Ｋ。
其主要技术参数见下表:
表２-３ZPD-01参数表
2、4 变送器
变送器在自动检测与控制系统中得作用,就是对各种工艺参数,如温度、压力、流量、液位、成分等物理量进行检测,以供显示、记录或控制之用。无论就是由模拟仪表构成得系统,还就是由计算机控制装置构成得系统,变送器都就是不可缺少得环节,获取精确与可靠得过程参数值就是进行控制得基础。
本系统中得变送器用于温度信号变送，故选择温度变送器。其中较为常用得有模拟式温度变送器、一体化温度变送器与智能式温度变送器三种，本系统采用典型模拟式温度变送器中得DDZ-ＩII型热电偶温度变送器,属安全火花型防暴仪表，还可以与作为检测元件得热电偶相配合，将温度信号线性得转换成统一标准信号。 DＤZ-Ⅲ类仪表相对于DDZ-Ⅱ类仪表得一个优点就是电流范围不就是从零开始,这样就避免了把仪表不能正常工作误认为就是输出为零,所以应选择DDZ-Ⅲ型Ｋ型热电偶温度变送器。本系统选择型号为HR-ＷＰ－2０－1TC２0Ｋ－W得单输入单输出热电偶温度变送器。
主要特点有:全智能、数字化、可编程;环境温度、零点、满幅自动补偿；符合国际电工委员会IEC6１0００相关抗电磁干扰标准。
其主要技术参数见下表：
表2-4 热电偶温度变送器参数表
工作环境温度-10—+55℃
供电电源直流,DＣ2４V±１0%;交流,AＣ９5～2６5V 2、5 检测元件
温度得测量方式有接触式测温与非接触式测温两大类。本系统选择接触式测温元件。其中较为常用得有热电偶、热电阻与集成温度传感器三种,由于系统对温度得要求不就是很高，一般得测温元件即可满足要求,故选择K型热电偶作为测温元件,其电路原理图如下图所示：、
图２-5 热电偶电路原理图
三控制系统仪表配接图及说明
３、１控制系统仪表配接说明
接线图主要由接线板Ｗ、温度变送器K（HR-WP-20-1TC2０K-W)、电动I ＩＩ型调节器T（TDM-4００)、电／气阀门定位器Ｚ(ZPD-0１)与气动薄膜调节阀S（ZMBS－16K)五个部分组成。Ｋ型热电偶得输出接入温度变送器HR-WP-20-1TC2０K-W得输入信号端K１(-）,Ｋ２（+）;变送器输出信号由Ｋ9(+),Ｋ10(－）端子接至电动III型调节器TDM-４00得输入信号端T1(+),T2（-);调节器得输出信号由T1３(+),T14(－）端子接至电/气阀门定位器ＺＰD-01得输入信号端子Z１(+)，Z２（-）;阀门定位器得输出信号由Ｚ３（+),Ｚ4(－）端子接至气动薄膜调节阀ZMBS-1６K得输入信号端子S1(+)，S2(－)。
编号名称个数型号
1 电/气阀门定位器 1 ZPD－0１
２气动薄膜角型调节阀 1 ZＭＢS－16K
3 热电偶温度变送器 1 HＲ－ＷP-20-1ＴC20K-W
4 电动IＩI型调节器 1 TＤＭ－400
四加热炉炉温控制系统仿真结果分析
基于各种控制方案得讨论,在仿真环节对各种控制方案进行了仿真。
4、１根据已知数据画出单位阶跃曲线
图4-1数据画出单位阶跃曲线
４、2炉温单回路控制仿真
（3-１)
图４-２ PIＤ控制仿真原理图
当Ｋ
P =１、2 Ｔ
I
=０、24 Ｔ
D
=1、5时，阶跃响应结果如图4－3所
示：
由传递函数画出系统得阶跃响应曲线
图4-3 调节前得阶跃响应曲线
当Ｋ
P =0、9 T
I
＝0、2 T
Ｄ
＝１、2时,阶跃响应结果如图4-4所示
图4-4 调节后得阶跃响应曲线
（13）超调量=（１、65－１、５)/1、5＊1０0%＝10％
（14）峰值时间=25ｓ
（15）过渡过程时间=12５s
（16）余差=0
（17）第一个波峰值=25ｓ
（18）第二个波峰值＝７6s
（19）衰减比=1、06
（20）衰减率＝０、０6
（21）振荡频率=０、０314
五参考文献
[１］金以慧主编、过程控制、北京:清华大学出版社２010年
[2]乐嘉谦主编、仪表工手册、北京:化学工业出版社，２004年;
[3]张毅、张宝芬、曹丽、彭黎辉编著、自动检测技术及仪表控制系统[M]、北京
化学工业出版社,200９年
[4]周泽魁主编、控制仪表与计算机控制装置、北京:化学工业出版社,２0０9年; ［5]工业自动化仪表手册编辑委员会编、工业自动化仪表手册、第三册产品部分（二),北京:机械工业出版社,1９8６年
[6]高金生责任编辑、仪器仪表产品目录(第二册)、北京:机械工业出版社, 1９
91 年
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
步进式加热炉加热质量控制系统的设计 摘要：目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。本文通过对步进式加热炉加热质量控制系统的设计，从而反映出当今自动化技术的发展方向。同时,介绍了软件设计思想和脉冲式燃烧控制技术原理特点及在本系统的应用。 一、引言 加热炉是轧钢工业必须配备的热处理设备。随着工业自动化技术的不断发展，现代化的轧钢厂应该配置大型化的、高度自动化的步进梁式加热炉，其生产应符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，以提高其产品的质量，增强产品的市场竞争力。 我国轧钢工业的加热炉型有推钢式炉和步进式炉两种，但推钢式炉有长度短、产量低，烧损大,操作不当时会粘钢造成生产上的问题,难以实现管理自动化。由于推钢式炉有难以克服的缺点,而步进梁式炉是靠专用的步进机构,在炉内做矩形运动来移送钢管,钢管之间可以 留出空隙，钢管和步进梁之间没有摩擦,出炉钢管通过托出装置出炉，完全消除了滑轨擦痕,钢管加热断面温差小、加热均匀，炉长不受限制，产量高,生产操作灵活等特点,其生产符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求。 全连续、全自动化步进式加热炉。这种生产线都具有以下特点：
①生产能耗大幅度降低。②产量大幅度提高。③生产自动化水平非常高,原加热炉的控制系统大多是单回路仪表和继电逻辑控制系统,传动系统也大多是模拟量控制式的供电装置，现在的加热炉的控制系统都是PＬC或DCＳ系统，而且大多还具有二级过程控制系统和三级生产管理系统。传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。 本工程是某钢铁集团新建的φ1８0小口径无缝连轧钢管生产线中的热处理线部分的步进式加热炉设备。 二、工艺描述 本系统的工艺流程图见图1 ?图1 步进式加热 炉工艺流程图 淬火炉和回火炉均为步进梁式加热炉。装出料方式：侧进，侧出;炉子布料：单排。活动梁和固定梁均为耐热铸钢，顶面带齿形面，直径小于１41.3mm钢管，每个齿槽内放一根钢管。直径大15 ３.7mm的钢管每隔一齿放一根钢管。活动梁升程180mm，上、下各90mm，齿距为１90mm，步距为145mm。因此每次步进时，
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
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
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
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。
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 )=9.975 32.5 s^3 + 157.8 s^2 + 52.75 s + 4.5 H (s )=9.975 32.5 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 )= 9.975 32.5 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。
密级： NANCHANGUNIVERSITY 学士学位论文THESIS OF BACHELOR （2006 —2010年） 题目锅炉控制系统的设计 学院：环境与化学工程系化工 专业班级：测控技术与仪器 学生姓名：魏彩昊学号：5801206025 指导教师：杨大勇职称：讲师 起讫日期：2010-3至2010-6
南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：
锅炉控制系统设计 专业：测控技术与仪器学号：5801206025 学生姓名：魏彩昊指导教师：杨大勇 摘要 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。 本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。 此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC 为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。 关键词：温度；电加热炉；PLC；控制系统
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
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
目录 摘要 ABSTRACT 第1章引言 1.1题目的背景 1.2 研究现状概述 1.3 题目的意义 第2章 2.1. 加热炉的概况 2.2 先进控制概况 第3章加热炉先进控制设计方案 3.1 延迟焦化加热炉工艺简介 3.2 常规控制方案以及存在的问题3.3 研究内容及预期目标 3.4 先进控制方案设计 3.5 预测函数控制原理 3.6 运用MATLAB进行仿真分析3.7 加热炉先进控制在DCS上实现第4章总结
加热炉先进控制系统设计 摘要 加热炉是炼油化工生产过程中常用的换热设备。作为炼油化工生产的关键设备，加热炉的控制是实现“安、稳、长、满、优”生产操作的关键。但由于加热炉的控制与其上下游的生产过程密切相关，受各种不确定因素和过程干扰的影响较大，难以获得满意的控制效果。 针对采用常规控制出口温度波动大，燃烧状况差等现状，将预测函数控制（PFC）应用于加热炉控制中，设计开发了以计算量小，鲁棒性强的预测函数控制为核心算法，辅以前馈，反馈控制的延迟焦化加热炉先进控制系统。其中分别对加热炉出口温度，烟道内的氧含量和炉膛负压先行先进控制。在MATLAB中的Simulink中进行系统仿真实验。并以CS3000集散控制系统（DCS）为开发平台，充分利用DCS自带的各种常规控制模块，运算和逻辑模块进行控制算法的组态，实现先进控制的各种功能。 它可以克服各种扰动的影响，使被控变量保持在工艺所允许的范围内平稳运行。先进控制系统投运以来，提高了该加热炉的平稳性，增强了鲁棒性，改善了燃烧状况，提高了热效率，稳定了产品质量。 关键词：加热炉；延迟焦化；先进控制；预测函数控制
第1章绪论1.1 背景
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。
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。
第一章绪论 1.1选题背景及意义 加热炉是利用电能来产生蒸汽或热水的装置。因为其效率高、无污染、自动化程度高，稳定性好的优点，冶金、机械、化工等各类工业生产过程中广泛使用电加热炉对温度进行控制。而传统的加热炉普遍采用继电器控制。由于继电器控制系统中，线路庞杂，故障查找和排除都相对困难，而且花费大量时间，影响工业生产。随着计算机技术的发展，传统继电器控制系统势必被PLC所取代。二十世纪七十年代后期，伴随着微电子技术和计算机技术的快速发展，也使得PLC 具有了计算机的功能，成为了一种以电子计算机为核心的工业控制装置，在温度控制领域可以让控制系统变得更高效，稳定且维护方便。 在过去的几十年里至今，PID控制已在工业控制中得到了广泛的应用。在工业自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）中位居第一。由于其原理简单、使用方便、适应能力强，在工业过程控制中95%甚至以上的控制回路都采用了PID结构。虽然后来也出现了很多不同新的算法，但PID仍旧是最普遍的规律。 1.2国内外研究现状及发展趋势 一些先进国家在二十世纪七十年代后期到八十年代初期就开始研发电热锅炉，中国到八十年代中期才开始起步，对电加热炉的生产过程进行计算机控制的研究。直到九十年代中期，不少企业才开始应用计算机控制的连续加热炉，可以说发展缓慢，而且对于国内的温度控制器，总体发展水平仍不高，不少企业还相当落后。与欧美、日本，德国等先进国家相比，其差距较大。目前我国的产品主要以“点位”控制和常规PID为主，只能处理一些简单的温度控制。对于一些过程复杂的，时变温度系统的场合往往束手无策。而相对于一些技术领先的国家，他们生产出了一批能够适应于大惯性、大滞后、过程复杂，参数时变的温度控制系统。并且普遍采用自适应控制、模糊控制及计算机技术。 近年来，伴随着科学技术的不断快速发展，计算机技术的进步和检测设备及
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
第1章加热炉控制系统 加热炉控制系统工程背景及说明 加热炉自动控制（automatic control of reheating furnace），是对加热炉的出口温度、燃烧过程、联锁保护等进行的自动控制。早期加热炉的自动控制仅限控制出口温度，方法是调节燃料进口的流量。现代化大型加热炉自动控制的目标是进一步提高加热炉燃烧效率，减少热量损失。为了保证安全生产，在生产线中增加了安全联锁保护系统。 影响加热炉出口温度的干扰因素很多，炉子的动态响应一般都比较迟缓，因此加热炉温度控制系统多选择串级和前馈控制方案。根据干扰施加点位置的不同，可组成多参数的串级控制。使用气体燃料时，可以采用浮动阀代替串级控制中的副调节器，还可以预先克服燃料气的压力波动对出口温度的影响。这种方案比较简单，在炼油厂中应用广泛。 这种控制的主要目的是在工艺允许的条件下尽量降低过剩空气量，保证加热炉高效率燃烧。简单的控制方案是通过测量烟道气中的含氧量，组成含氧量控制系统,或设计燃料量和空气量比值调节系统,再利用含氧量信号修正比值系数。含氧量控制系统能否正常运行的关键在于检测仪表和执行机构两部分。现代工业中都趋向于用氧化锆测氧技术检测烟道气中的含氧量。应用时需要注意测量点的选择、参比气体流量和锆管温度控制等问题。加热炉燃烧控制系统中的执行机构特性往往都较差，影响系统的稳定性。一般通过引入阻尼滞后或增加非线性环节来改善控制品质。 在加热炉燃烧过程中，若工艺介质流量过低或中断烧嘴火焰熄灭和燃料管道压力过低,都会导致回火事故，而当燃料管道压力过高时又会造成脱火事故。为了防止事故，设计了联锁保护系统防止回火和温度压力选择性控制系统防止脱火。联锁保护系统由压力调节器、温度调节器、流量变送器、火焰检测器、低选器等部分组成。当燃料管道压力高于规定的极限时，压力调节系统通过低选器取代正常工作的温度调节系统，此时出料温度无控制，自行浮动。压力调节系统投入运行保证燃料管道压力不超过规定上限。当管道压力恢复正常时，温度调节系统通过低选器投入正常运行，出料温度重新受到控制。当进料流量和燃料流量低于允许下限或火焰熄灭时，便会发出双位信号，控制电磁阀切断燃料气供给量以防回火。 随着节能技术不断发展，加热炉节能控制系统正日趋完善。以燃烧过程数学模型为依据建立的最佳燃烧过程计算机控制方案已进入实用阶段。例如，按燃烧过程稳态数学模型组成的微机控制系统已开始在炼油厂成功使用。有时利用计算机实现约束控制，使加热炉经常维持在约束条件边界附近工作，以保证最佳燃烧。
摘要 组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题:画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据功能。 本次课程设计以组态王组态软件为基础设计加热炉的温度控制系统。本文首先说明了自己对加热炉元器件的认识并对加热炉的控制系统做了简单的介绍，然后对系统做了介绍。其中重点阐述了各个模块的功能与作用。同时对组态软件做了详细的说明，介绍了如何绘制组态图和动画的连接，然后又对该系统做了仿真演练，用仿真来实现加热炉温度的检测功能，经过多次的实践和不断的改善从而完成了本次课程设计。 关键词：组态王，加热炉温度控制系统，模块，仿真
目录 1、方案设计与构思1 1.1设计目的与要求1 1.2设计思路1 2、加热炉温度控制系统设计2 2.1建立新工程2 2.2新画面的建立3 2.3数据词典中变量的建立3 2.4温度监测界面的绘制3 2.5加热炉温度检测系统图4 2.6实时曲线图和历史曲线图4
密级： NANCHANG UNIVERSITY 学士学位论文 THESIS OF BACHELOR （2006 —2010 年） 题目锅炉控制系统的设计 学院：环境与化学工程系化工 专业班级：测控技术与仪器 学生姓名：魏彩昊学号：5801206025 指导教师：杨大勇职称：讲师 起讫日期：2010-3至2010-6
南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：
锅炉控制系统设计 专业：测控技术与仪器学号：5801206025 学生姓名：魏彩昊指导教师：杨大勇 摘要 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。 本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。 此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC 为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。 关键词：温度；电加热炉；PLC；控制系统