电阻加热炉温度控制
(整理)电阻炉炉温计算机控制
电阻加热炉温度控制系统设计
引言
在工农业生产或科学实验中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一．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。因此，在工农业生产或科学试验中常常对温度不仅要不断地测量，而且还进行控制．电阻炉炉温的控制.根据工艺的要求不同而有所变化.
一.设计说明书
1.设计的初步分析
1.1设计要求
对象模型：
1
)
(
+
=
-
s
T
e
K
s
G
d
s
d
τ
，T d=350s，K d=50，τ=10s
电阻加热炉功率800w，220v交流供电。控温范围：50℃～350℃；保温阶段控制精度：±1℃。
1.2炉温变化过程
大体上可归纳为以下几个过程：
(1)自由升温段，即根据电阻炉自身条件对升温速度没有控制的自然升温过程。
(2)恒速升温段，即要求炉温上升的速度按某一斜率进行。
(3)保温段，即要求在这一过程中炉温基本保持不变。
(4)慢速降温段，即要求炉温下降的速度按某一斜率进行。
(5)自由降温段。
而每一段都有时间的要求，如图1所示。
图1 炉温变化过程
1.3炉温控制要求
要求电阻炉炉内的温度，应按图2所示的规律变化。
图2 炉温控制要求
从室温T 0开始到a 点为自由升温段，当温度一旦到达a 点(即他t 0点)，就进入系统调节。从b 点到c 点为保温段，要始终在系统控制之下，以保证所需的炉内温度的精度．加工结束，即由c 点到d 点为自然降温段．炉温变化曲线对各项品质指标的要求如下：
电阻炉的工作原理
电阻炉的工作原理
电阻炉是一种常见的加热设备，广泛应用于工业生产中的热处理、熔炼、烧结
等领域。它利用电流通过电阻丝产生的热量来加热物体。下面将详细介绍电阻炉的工作原理。
一、电阻炉的组成
电阻炉由电源、电阻丝和控制系统组成。
1. 电源：电阻炉通常使用交流电源，根据不同的工作需求，电压和频率可以有
所不同。
2. 电阻丝：电阻丝是电阻炉的核心部件，它是由高电阻系数的合金材料制成，
如铬铝合金、铬镍铁合金等。电阻丝的材料选择和设计决定了电阻炉的性能和使用寿命。
3. 控制系统：电阻炉的控制系统包括温度控制器、电流调节器、电压调节器等。通过控制系统可以实现对电阻炉的加热温度、加热时间、加热功率等参数的调节和控制。
二、电阻炉的工作原理可以简单概括为电流通过电阻丝产生热量，从而加热物体。
1. 电流通过电阻丝：当电源接通时，电流通过电阻丝，根据欧姆定律，电流通
过电阻丝会产生一定的电阻热。电阻丝的电阻热可以通过以下公式计算：热量 = 电流² ×电阻丝电阻
通过控制电流的大小，可以控制电阻丝的加热功率，从而控制电阻炉的加热
温度。
2. 传导传热：电阻丝加热后，热量会传导到待加热物体上。传导传热的速度和效果受到物体本身的热导率、热容量等因素的影响。
3. 辐射传热：除了传导传热，电阻炉中的电阻丝还会产生辐射热。辐射热是通过电磁辐射传递热量的一种方式，它可以直接作用于物体表面，使物体表面温度升高。
4. 控制系统调节：通过控制系统中的温度控制器、电流调节器等设备，可以对电阻炉的加热温度、加热时间、加热功率进行调节和控制。温度控制器会监测物体的温度，当温度达到设定值时，控制系统会自动调节电流大小，以保持物体的温度稳定。
计算机控制技术课程设计-电阻炉温度控制系统设计
合肥工业大学
《计算机控制技术》课程设计
——电阻炉温度控制系统设
计
学院专业
姓名
学号＿_＿__＿_ _＿＿＿____ ＿
完成时间
摘要:电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉,就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件,电流通过加热元件时产生热量,再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。直接加热式电阻炉,是将电源直接接在所需加热的材料上,让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。工业电阻炉,大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛.
关键词:炉温控制；高效率;加热
一、总体方案设计
本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而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。
２、工艺要求及要求实现的基本功能
本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度;电炉额定功率为20 kＷ；)恒温正常工作温度为１000℃,控温精度为±１%;电阻炉温度按预定的规律变化,超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性;具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±１℃;具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。
电阻炉温度控制系统
电阻炉温度控制系统
一、 系统总体描述
电阻炉温度控制系统包括单回路温度控制系统和双回路温度控制系统，单回路电阻炉温度控制系统的实物如图1所示，主要由计算机，采集板卡，控制箱，加热炉体组成。由计算机和采集板卡完成温度采集，控制算法计算，输出控制，监控画面等主要功能。控制箱装有温度显示与
变送仪表、控制执行机构、控制量显示、手控
电路等。加温炉体由民用烤箱改装，较为美观，
适合实验室应用。
单回路电阻炉温度控制系统主要性能指
标如下：
（1）计算机采集控制板卡PCI-1711：
A/D 12位 输入电压 0 - 5v
D/A 12位 输出电压 0 - 5v
（2）控制及加热箱： 控制电压 0 ~ 220V
控制温度 20~250 ℃
测温元件 PT-100热电阻（输出：直流0~5V ，或4~20mA ）
执行元件 固态继电器（输入：直流0~5V ，输出：交流0~220V ）
单回路温度控制系统是一个典型的计算机控制系统，其硬件结构如图2所示:
图2
电阻炉温度控制系统硬件结构图
图1电阻炉温度控制系统
二、硬件系统设计
系统的硬件设计包括传感器、执行器、A/D 和D/A 的设计，而PCI 总线接口属于计算机的系统总线，下面分别加以详细介绍。
1、传感器设计
温度传感器有热电阻和热电偶，热电阻最大的特点是工作在中低温区，性能稳定，测量精度高。系统中电炉的温度被控制在0～250℃之间，为了留有余地，我们要将温度的范围选在0～400℃，它为中低温区，所以本系统选用的是热电阻PT100作为温度检测元件，实物如图3所示。热电阻中集成了温度变送器，将热电阻信号转换为0~5V 的标准电压信号或4~20mA 的标准电流信号输出，供计算机系统进行数据采集。
电阻加热炉温度控制
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。
加热炉温度控制系统
加热炉温度控制系统
标题：加热炉温度控制系统
摘要：
加热炉温度控制系统是一种用于控制加热炉温度的设备。它通过监测加热炉内的温度并相应地调节加热器的工作状态，以保持加热炉内的温度在设定范围内稳定。本文将介绍加热炉温度控制系统的原理、组成部分以及工作流程，并探讨其在工业生产中的应用。
关键词：加热炉、温度控制、加热器、工业生产
1. 引言
加热炉是一种常见的热处理设备，广泛应用于冶金、机械加工和材料研究等领域。在加热炉的使用过程中，保持加热炉内的温度稳定是非常重要的。过低的温度会导致加热不充分，影响产品的质量；过高的温度则会造成能源的浪费，甚至导致设备损坏。因此，开发一种稳定且可靠的加热炉温度控制系统对于提高生产效率和节约能源具有重要意义。
2. 温度控制系统的原理
温度控制系统通常由温度传感器、控制器和执行器组成。温度传感
器用于实时监测加热炉内的温度变化，将温度信号传输给控制器。
控制器根据设定的温度范围和温度传感器反馈的实时温度，计算出
相应的控制信号。执行器根据控制信号调节加热器的工作状态，从
而实现加热炉温度的稳定控制。
3. 温度控制系统的组成部分
3.1 温度传感器
温度传感器是温度控制系统中的重要组成部分。常用的温度传感器
有热电阻和热电偶两种。热电阻传感器的工作原理是利用金属电阻
随温度变化而发生的电阻变化，通过测量电阻的变化来确定温度。
热电偶传感器则是利用两种不同材料的接触产生的热电势随温差变
化而变化，通过测量热电势的变化来确定温度。
3.2 控制器
控制器是温度控制系统的核心部件，负责计算控制信号并将其传输
电阻加热炉温度控制系统设计
电阻加热炉温度控制系统设计
一、温度控制系统的要求：
1.稳定性：系统应能快速响应温度变化，并能在设定温度范围内保持稳定的温度。
2.精度：控制系统应具备高精度，确保炉内温度与设定温度的偏差控制在允许范围内。
3.可靠性：系统应具备高可靠性，能长时间稳定运行，并能在发生异常情况时及时报警或自动停止加热。
4.人机界面：温度控制系统应提供方便直观的人机界面，操作简单易懂。
二、温度控制系统的设计：
1.传感器选择：选择合适的温度传感器进行温度检测。常用的温度传感器有热电偶和热电阻。根据实际需求选择合适的传感器类型和量程。
2.温度控制器选择：根据控制需求，选择适用于电阻加热炉的温度控制器。具备温度显示功能的控制器可以直观地显示炉内温度。还可以选择具备PID控制功能的控制器，以提高温度控制精度。
3.控制循环设计：将温度控制系统设计成闭环控制系统，以实现炉内温度的精确控制。控制循环包括采样、比较、控制和执行四个环节。采样环节将实际温度值与设定温度值进行比较，然后控制环节根据比较结果输出控制信号，最后执行环节根据控制信号调节电阻加热炉的加热功率。
4.温度传感器布置：将温度传感器布置在炉内合适位置，确保能够准确测量到炉内温度。传感器的安装位置应避免热点和冷点，以避免温度不均匀。
5.控制参数调整：根据实际情况进行PID参数的调整。通过实验或仿真等方法，逐步调整PID参数，使得系统能够快速响应温度变化、准确跟踪设定温度，并保持稳定的温度输出。
6.报警和保护设计：设计温度控制系统时，应考虑到电阻加热炉的过热或温度异常等情况，并设置相应的报警和保护功能。当温度超过安全范围时，系统应及时报警，并自动停止加热。
电阻炉的工作原理
电阻炉的工作原理
电阻炉是一种常见的加热设备，广泛应用于工业生产和实验室中。它通过电流
通过电阻丝产生热量，将物体加热至所需温度。下面将详细介绍电阻炉的工作原理。
一、电阻炉的基本构造
电阻炉主要由以下几个部份组成：
1. 电源：提供电流给电阻炉的电阻丝。
2. 电阻丝：通常采用镍铬合金或者铬铝合金制成，具有较高的电阻率和耐高温
性能。
3. 绝缘层：用于隔离电阻丝和外壳，防止电流泄漏。
4. 外壳：起到支撑和保护作用，通常由不锈钢或者陶瓷制成。
二、电阻炉的工作原理
1. 电源供电：将交流电源或者直流电源连接到电阻炉的电源端，通过控制电源
的电压和电流来控制电阻炉的加热效果。
2. 电阻丝发热：当电流通过电阻丝时，电阻丝会产生电阻热。电阻丝的电阻率
较高，电流通过时会有较大的电阻，从而产生大量的热量。电阻丝的材料选择和尺寸设计会影响电阻炉的加热效果。
3. 热量传导：电阻丝发热后，热量会通过传导方式传递给待加热的物体。通常，电阻炉内部会有一种称为加热腔的空间，用于容纳待加热物体。物体与电阻丝之间的接触面积越大，热量传导效果越好。
4. 温度控制：电阻炉通常配备温度控制系统，用于监测和控制加热腔内的温度。温度控制系统可以根据设定的温度要求，自动调整电源的电压和电流，以保持加热腔内的温度稳定。
三、电阻炉的应用领域
电阻炉广泛应用于以下领域：
1. 工业生产：电阻炉可用于金属加热、玻璃创造、陶瓷烧结等工业生产过程中
的加热需求。
2. 材料研究：电阻炉可用于实验室中的材料热处理、相变研究等领域。
3. 化学实验：电阻炉可用于化学实验中的溶解、反应、蒸发等过程的加热需求。
电阻炉温度控制系统
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。
电加热炉温度控制系统设计
电加热炉温度控制系统设计
摘要：
1.引言
电加热炉广泛应用于金属加热、熔化、回火等工艺过程中，其温度控制对产品质量的稳定性和一致性具有重要影响。因此，设计一套高效可靠的电加热炉温度控制系统对于提高生产效率和节约能源具有重要意义。
2.系统结构设计
电加热炉温度控制系统主要由传感器、控制器、执行器和人机界面组成。传感器用于实时感知电加热炉内部温度变化，控制器根据传感器数据进行温度控制算法的计算，执行器根据控制器输出的控制信号调节电加热炉的供电功率，人机界面用于显示和操作温度控制系统。
3.温度传感器设计
温度传感器一般采用热电偶或热电阻器进行测量，其工作原理基于材料的温度和电阻之间的相关性。在电加热炉温度控制系统中，传感器应具有快速响应、精确稳定的特性，选择合适的传感器材料和安装位置对于准确测量温度值至关重要。
4.控制器设计
电加热炉温度控制系统常用的控制器包括PID控制器和模糊控制器。PID控制器基于比例、积分和微分三个部分的线性组合，能够根据系统的误差进行相应的调节，具有简单可靠的特点。模糊控制器基于模糊逻辑推理，能够根据模糊规则进行决策，适应性强。选择合适的控制器取决于电加热炉的温度调节需求和实际使用场景。
5.执行器设计
电加热炉的供电功率调节通常通过调整炉内的电阻或使用可调电压/电流源实现。执行器的设计应考虑到功率调节的精度和响应时间等因素，确保控制系统能够快速准确地调节电加热炉的供电功率，实现温度控制目标。
6.人机界面设计
温度控制系统的人机界面一般包括温度显示、参数设置、报警显示和历史数据查询等功能。界面设计应简洁明了，易于操作，提供必要的温度控制信息和报警提示，方便操作员进行实时监测和调节。
电加热炉温度控制系统模型建立及控制算法
电加热炉温度控制系统模型建立及控制算法
一、电加热炉温度控制系统模型建立
1.电加热元件
电加热元件是实现加热过程的关键组件，通过电流通过电加热元件时
会产生热量，从而提高电加热炉的温度。通常采用的电加热元件有电阻丝
或者电加热器。
2.温度传感器
温度传感器用于实时检测电加热炉的温度，常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻等。传感器将温度信号转换为电信号并输出给控制器。
3.控制器
控制器是温度控制系统的核心部分，通过对电加热元件的控制，实现
对炉温的控制。常见的控制器有PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等。控制器根据输入的温度信号和设定值进行比较并产生控制信号，然后
将控制信号送至电加热元件。
4.反馈装置
反馈装置用于实时反馈炉温信息给控制器，以便控制器能够根据反馈
信息进行调整，从而实现温度的稳定控制。典型的反馈装置有温度传感器、红外线测温仪等。
二、控制算法
1.PID控制算法
PID控制器是最常用的控制算法之一，其通过比例、积分和微分三个
部分组合来实现对温度的控制。PID控制器的控制信号计算公式如下：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∑e(t)dt + Kd * de(t)/dt
其中，u(t)为控制信号，Kp、Ki、Kd分别为比例、积分和微分系数，e(t)为偏差，de(t)/dt为偏差的变化率。
2.模糊控制算法
模糊控制算法通过模糊集合、模糊规则和模糊推理来实现对温度的控制。基本的模糊控制算法包含模糊化、模糊规则的建立、模糊推理和解模
糊化四个步骤。
3.自适应控制算法
自适应控制算法通过对系统模型的实时辨识和参数的自动调整，实现
电阻加热 温度范围
电阻加热温度范围
电阻加热的温度范围取决于具体的电阻加热设备和材料。一般来说，电阻加热的温度范围可以从几十摄氏度到几千摄氏度不等。下面是几种常见的电阻加热设备及其温度范围：
1. 火花绝缘体加热器：可达3000摄氏度以上；
2. 电炉：通常可达到1000摄氏度以上；
3. 电热器：一般可以加热至几百摄氏度；
4. 电阻丝加热器：可达到几百摄氏度至千摄氏度；
5. 电热管：一般可以达到数百度至千摄氏度。
需要注意的是，电阻加热设备的温度范围会受到电源输出、电阻器材质、加热环境等多种因素的影响，具体温度范围需要根据实际情况来确定。
第五组-基于大林算法的电阻炉(二阶系统)温度控制.
课程设计任务书
1
2
课程设计计划表
3
4
5. 基于大林算法的电阻炉 (二阶系统温度控制
设计任务
带有纯滞后的电阻炉温度模型可由纯滞后环节与二阶系统串联描述12(1( (++=
-s s e s G s
采样周期 1=T ,期望闭环传递函数为:
1
(+=Φ-s e s s
电阻炉的温度设定为 1000o C 。
设计控制器是系统满足:调整时间s t s 80≤,超调量%10≤p σ,稳态误差 C e o s
2≤。
工作要求:
1. 查找资料,描述电阻炉的基本情况;
2. 设计大林控制算法,用 Simulink 实现;
3. 设计传统 PID 控制器,并将二者算法进行比较;
4. 分析系统是否存在振铃现象,若存在试消除振铃;
5. 改变模型结构,考察模型扰动下系统性能变化情况;
6.
按照格式和设计内容写《计算机控制技术课程设计》和课程设计心得。
目录
第一章课题背景知识介绍 (6)
1.1摘要……………………………………………………………… .6
1.2设计任务和要求 (6)
1.3大林算法 (7)
1.4 PID算法 (9)
第二章控制系统分析 (10)
2.1 被控对象分析 (10)
2.1.1纯滞后介绍 (10)
2.2 控制器分析…………………………………………………… .10
第三章控制系统的仿真 (19)
3.1 PID控制器控制下的系统仿真……………………………… ..12
3.2 大林控制算法下的系统仿真………………………………… .13
3.3 大林控制算法和 PID 控制器的仿真………………………… .14
第四章振铃现象分析...................................................... .. (17)
电阻加热炉原理
电阻加热炉原理
电阻加热炉是一种利用电阻材料产生热能的加热设备。其原理是通过通电使电阻丝产生电阻热，进而加热周围物体。
电阻加热炉的主要组成部分包括电阻丝、电源和控制系统。电阻丝通电后产生电流流过它，由于电阻丝的材料及长度等因素，电阻丝会发热。发热的程度取决于电阻丝的电阻值、电流大小和通电时间等因素。
电阻丝经过散热设备将产生的热能传递给待加热物体，使其温度升高。通过控制电源的电流大小和通电时间，可以调节电阻加热炉的加热功率，从而实现对物体温度的精确控制。
电阻加热炉具有加热速度快、加热均匀的特点。它广泛应用于工业生产中的加热、煅烧、焙烧等工艺过程中。同时，电阻加热炉还常用于实验室中的实验研究和样品加热等需求。
需要注意的是，由于电阻加热炉产生的热能主要通过辐射、传导和对流等方式传递，因此在使用时应注意热能的传递效率和散热设备的设计，以充分利用电能并确保加热效果。
总之，电阻加热炉通过通电使电阻丝发热，并通过热传递将热能传递给待加热物体，实现对物体温度的控制。这是一种常用的加热设备，具有加热速度快、加热均匀等特点。
工业加热炉温度控制系统设计
工业加热炉温度控制系统设计
背景：
系统设计方案：
1.传感器选择与安装
在温度控制系统中，常用的温度传感器有热电偶、热电阻、红外线测温传感器等。根据具体的加热炉工艺和温度范围，选用合适的传感器对温度进行测量。传感器的安装位置应考虑到温度均匀性，避免受到非加热区域的影响。
2.控制器选择与配置
控制器是温度控制系统的核心，常见的控制器包括PID控制器、PLC 等。根据加热炉的工艺需求和精度要求，选择合适的控制器。在配置控制器时，需要设置合适的控制参数，包括比例系数、积分系数和微分系数，以保证系统的稳定性和响应速度。
3.动作执行器选择与调节
动作执行器是控制系统中用于调节加热功率的部件，常见的有电阻加热器、电磁铁等。根据加热炉的功率需求，选择合适的动作执行器，并通过控制器对其进行调节，保持温度在设定值附近。
4.系统整体集成与优化
温度控制系统的集成和优化是提高系统性能和工作效率的关键。在系统集成过程中，需要对传感器、控制器和执行器进行合理的连接和布线，以确保信号传输的稳定性和可靠性。在优化系统时，可以采用自适应控制
算法和模糊控制算法，通过对温度变化的实时监测和控制，提高加热炉的
温度控制精度和稳定性。
5.安全保护措施
工业加热炉的温度控制系统中，需要加入安全保护措施，以防止系统
的过热和故障。常见的安全保护措施包括过温报警装置、断电保护装置等，通过对温度和电流的实时监测，及时发出报警信号或切断电源，确保加热
炉和设备的安全运行。
6.温度数据采集与分析
温度控制系统中的数据采集和分析对于工艺优化和质量监控具有重要
箱式电阻炉温度及时间设定
箱式电阻炉SX-4-10温度及时间设置流程
温度设定：
打开电源开关按“set”键1下按上/下键调好温度再次按“set”键1下
时间设定：
长按“set”键4秒左右变成5Γ一直按到LK 上键按到3 按“set”键1下调时间（单位min）长按“set”3-4秒Time 加热开关。
时间设定值=所需时间+30min（无法具体设定升温速率）
建议隔夜取出，高温烫手，做好登记，用完设备关闭设备电源开关和电配箱控制开关。
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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。
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。
三、硬件的设计和实现
1、计算机机型：MCS—51 8031（不包含ROM、EPROM）
系统总线：PC总线
2、设计输入输出通道
输入通道：因为所控的实际温度在50 ～ 350℃左右，即（350－50）＝300所以选用8位A/D转换器，其分辨率约为℃/字，再加放大器偏置措施实现。（通过调整放大器的零点来实现偏置）这里采用一般中速芯片
ADC0809。ADC0809是带有8位A/D转换器，8路多路开关以及微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个通道的模拟信号。
输出通道：据其实际情况，D/A转换器的位数可低于A/D转换器的位数，因为一般控制系统对输出通道分辨率的要求比输入通道的低，所以这里采用常用的DAC0832芯片
DAC0832是8位D/A转换器，与微处理器完全兼容。期间采用先进的CMOS 工艺，因此功耗低，输出漏电流误差较小。因DAC0832电流输出型D/A转换
芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为为运算放大器的反馈电阻端。
3、设计支持计算机工作的外围电路
矩阵键盘技术：
温度输出显示技术：
LED静态显示接口技术，所谓静态显示,即CPU输出显示值后,由硬件保存输出值,保持显示结果.
特点:占用机时少,显示可靠.但元件多,线路复杂、成本高，功耗大。
报警电路设计：正常运行时绿灯亮，在保温阶段炉内温度超出系统允差范围，就要进行报警。报警时报警灯亮，电笛响，同时发送中断信号至CPU进行处理。
4、元器件的选择
传感器的选择：铂铑10—铂热电偶，S型，正极性，量程0—1300C，使用温度小于等于600C，允差+。
执行元件的选择：电阻加热炉采用晶闸管（SCR）来做规律控制，结合电阻炉的具体要求，为了减少炉温的纹波，对输出通道采用较高的分辨率的方案，因此采用移相触发方式，并且由模拟触发器实现移相触发。
变送器的选择：因为系统要求有偏置，又需要对热电偶进行冷端补偿，所以采用常规的DDZ系列温度变送器。
控制元件：采用双向可控硅进行控制，其功能相当于两个单向可控硅反向连接，具有双向导通功能，其通断状态有控制极G决定。在控制极加上脉冲可使其正向或反向导通。
四、数字控制器的设计
1、控制算法：
电阻加热炉温度控制系统框图：