電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

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1、HefeiUniversity計算機(jī)控制課程設(shè)計設(shè)計題目：電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計姓名：李宏灶學(xué)號：0805070110專業(yè)班級：08級自動化(2)班指導(dǎo)老師：丁健13前言溫度是工業(yè)生產(chǎn)中主要的被控參數(shù)之一，與之相關(guān)的各種溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機(jī)械、食品等領(lǐng)域。溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制，有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食儲備、計算機(jī)機(jī)房等都需要對溫度進(jìn)行測量和控制。因而設(shè)計一種

2、較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。溫度控制系統(tǒng)屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，具有大慣性、純滯后、非線性等特點(diǎn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)控制方式超調(diào)大、調(diào)節(jié)時間長、控制精度低。采用單片機(jī)進(jìn)行溫度控制，具有電路設(shè)計簡單、精度高、控制效果好等優(yōu)點(diǎn)，對提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科技進(jìn)步等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速興起與蓬勃發(fā)展，其穩(wěn)定、安全、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)十分突出，所以其應(yīng)用也十分廣泛。單片機(jī)已經(jīng)無處不在、與我們生活息息相關(guān)，并且滲透到生活的方方面面。單片機(jī)的特點(diǎn)是體積較小，也就是其集成特性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是普通計算機(jī)系統(tǒng)的簡化，增加一些外圍電路，就能夠組成一個完整的小系統(tǒng)，單片機(jī)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。它具有和

3、普通計算機(jī)類似的、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，通過使用一些科學(xué)的算法，可以獲得很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。所以單片機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中，可以極大地提高工業(yè)設(shè)備的智能化、數(shù)據(jù)處理能力和處理效率，而且單片機(jī)無需占用很大的空間。隨著檢測理論和技術(shù)的不斷更新,溫度傳感器的種類也越來越多，在微機(jī)系統(tǒng)中使用的傳感器，必須是能夠?qū)⒎请娏哭D(zhuǎn)換成電量的傳感器，目前常用的有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和半導(dǎo)體集成傳感器等，每種傳感器根據(jù)其自身特性，都有它自己的應(yīng)用領(lǐng)域。13目錄一、課程設(shè)計任務(wù)3二、系統(tǒng)總體設(shè)計及方案論證42.1系統(tǒng)總體設(shè)計42.1.1核心處理模塊——單片機(jī)42.1.2溫度信號采集與傳感器42.1.3人機(jī)交互及串

4、口通信42.1.4控制執(zhí)行單元52.2系統(tǒng)功能設(shè)計5三、硬件電路設(shè)計53.1、核心部分單片機(jī)53.2、溫度采集轉(zhuǎn)換模塊63.3、AC—SSR交流功率調(diào)節(jié)電路63.4、變送電路73.4.1、4~20mA變送器XTR10173.4.2、I/V轉(zhuǎn)換器RCV42073.5、鍵盤及顯示的設(shè)計83.5.1鍵盤設(shè)計83.5.2LED數(shù)碼管顯示設(shè)計83.6、硬件連接圖9四、系統(tǒng)軟件設(shè)計94.1主程序模塊94.2功能實(shí)現(xiàn)模塊104.2.1T0中斷子程序104.2.2T1中斷子程序104.3運(yùn)算控制模塊114.3.1標(biāo)度轉(zhuǎn)換子程序114.3.2PID算法11五、結(jié)果分析論述12六、參考文獻(xiàn)1313一、課程

5、設(shè)計任務(wù)項(xiàng)目設(shè)計：電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計以在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的電阻爐為被控對象，采用MCS—51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電阻爐溫度計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計，介紹電阻爐溫度計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成，并完成系統(tǒng)總體控制方案和達(dá)林算法控制器的設(shè)計，給出系統(tǒng)硬件原理框圖和軟件設(shè)計流程圖等。1.電阻爐組成及其加熱方式電阻爐是工業(yè)爐的一種，是利用電流通過電熱體元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能來加熱或者熔化元件或物料的熱加工設(shè)備。電阻爐由爐體、電氣控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成，爐體由爐殼、加熱器、爐襯（包括隔熱屏）等部件組成。由于爐子的種類不同，因而所使用的燃料和加熱方法也不同;由于工藝不同，所要求的溫度高低不同，因而所采用的測溫元

6、件和測溫方法也不同;產(chǎn)品工藝不同，對控溫精度要求不同，因而控制系統(tǒng)的組成也不相同。電氣控制系統(tǒng)包括主機(jī)與外圍電路、儀表顯示等。輔助系統(tǒng)通常指傳動系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，因爐種的不同而各異。電阻爐的類型根據(jù)其熱量產(chǎn)生的方式不同，可分為間接加熱式和直接加熱式兩大類。間接加熱式電阻爐，就是在爐子內(nèi)部有專用的電阻材料制作的加熱元件，電流通過加熱元件時產(chǎn)生熱量，再通過熱的傳導(dǎo)、對流、輻射而使放置在爐中的爐料被加熱。直接加熱式電阻爐，是將電源直接接在所需加熱的材料上，讓強(qiáng)大的電流直接流過所需加熱的材料，使材料本身發(fā)熱從而達(dá)到加熱的效果。工業(yè)電阻爐，大部分采用間接加熱式，只有一小部分采用直接加熱

7、式。由于電阻爐具有熱效率高、熱量損失小、加熱方式簡單、溫度場分布均勻、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。2.控制要求本系統(tǒng)中所選用的加熱爐為間接加熱式電阻爐，控制要求為:（1）采用一臺主機(jī)控制8個同樣規(guī)格的電阻爐溫度;（2）電爐額定功率為20kW;（3）恒溫正常工作溫度為1000℃，控溫精度為±1%;（4）電阻爐溫度按預(yù)定的規(guī)律變化，超調(diào)量應(yīng)盡可能小，且具有良好的穩(wěn)定性;（5）具有溫度、曲線自動顯示和打印功能，顯示精度為±1℃;（6）具有報警、參數(shù)設(shè)定