加热窑炉温度控制系统设计
炉窑温度控制系统
第4章
STEP 7 MICRO/WIN32软件介绍
STEP7-Micro/WIN32编程软件是由西门子公司专为S7-200系列PLC设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，例如创建用户程序、修改和编辑原有的用户程序，编辑过程中编辑器具有简单语法检查功能。同时它还有一些工具性的功能，例如用户程序的文档管理和加密等。此外，还可直接用软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。
(2)开关量I/O扩展模块当CPU的I/0点数不够用或需要进行特殊功能的控制时,就要进行I/O扩展,I/O扩展包括I/O点数的扩展和功能模块的扩展。通常开关量I/O模块产品分3种类型:输入模块,输出模块以及输入/输出模块。为了保证PLC的工作可靠性,在输入模块中都采用提高可靠性的技术措施。如光电隔离,输入保护(浪涌吸收器,旁路二极管,限流电阻),高频滤波,输入数据缓冲器等。由于PLC要控制的对象有多种,因此输出模块也应根据负载进行选择,有直流输出模块,交流输出模块和交直流输出模块。按照输出开关器件种类不同又分为3种：继电器输出型,晶体管输出型和双向晶闸管输出型。这三种输出方式中,从输出响应速度来看，晶体管输出型最快，继电器输出型最差，晶闸管输出型居中；若从与外部电路安全隔离角度看,继电器输出型最好。在实际使用时，亦应仔细查看开关量I/O模块的技术特性，按照实际情况进行选择。
图3.1 热电偶测温系统简图
流量传感器是对高炉煤气,燃烧空气以及冷却空气流量的检测部件，在此论文中选择法兰式V锥流量传感器FFM61S。
工作原理：V锥流量计是由V锥传感器和差压变送器组合而成的一种差压流量计，可精确测量宽雷诺数（8×103≤Re≤5×107）范围内各种介质的流量。
电加热炉温度控制系统的设计
电加热炉温度控制系统的设计目录引言 (6)1 模糊控制器的设计 (13)1.1 模糊逻辑基础 (13)1.1.1 模糊集合的概念和基本运算 (13)1.1.2 模糊关系 (14)1.1.3 模糊规则 (15)1.2 模糊控制系统 (17)1.2.1 模糊控制的基本思想 (18)1.2.2 模糊控制系统的组成 (18)1.3 基本模糊控制器的设计 (20)1.3.1 精确量的模糊量化处理 (20)1.3.2 模糊推理 (23)1.3.3 反模糊化处理 (24)2 MATLAB下的仿真实验 (26)2.1 PID控制仿真实验 (26)2.2 基本模糊控制仿真实验 (27)3 电加热炉控制系统监控程序的设计 (31)3.1 组态王简介 (31)3.1.1 概述 (31)3.1.2 组态王与I/O设备 (31)3.1.3 组态王的开放性 (32)3.1.4 建立应用工程的一般流程 (32)3.1.5 如何得到组态王的帮助 (33)3.2 组态王的设计 (33)3.2.1 设计画面 (33)3.2.2 动画连接 (36)3.3 电加热炉控制监控画面 (42)结论 (47)参考文献 (48)摘要在冶金、化工，机械等各类工业控制中，电加热炉都得到了广泛的应用。
目前国内的电加热炉温度控制器大多还停留在国际60年代水平，仍在使用继电—接触器控制或常规PID控制，自动化程度低，动态控制精度差，满足不了日益发展的工艺技术要求。
电加热炉的温度是生产工艺的一项重要指标，温度控制的好坏将直接影响产品的质量。
电加热炉由电阻丝加热，温度控制具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点。
而且，在实际应用和研究中，电加热炉温度控制遇到了很多困难：第一，很难建立精确的数学模型；第二，不能很好地解决非线性、大滞后等问题。
以精确数学模型为基础地经典控制理论和现代控制论在解决这些问题时遇到了极大地困难，而以语言规则模型(IF-THEN)为基础的模糊控制理论却是解决上述问题的有效途径和方法。
步进式加热炉自动控制系统的设计
步进炉自动控制系统的设计摘要:目前，工业控制自动化技术正朝着智能化、网络化和集成化的方向发展。
通过步进梁式加热炉系统的设计，体现了当今自动化技术的发展方向。
同时介绍了软件设计思想、脉冲燃烧控制技术的特点及其在该系统中的应用。
1导言加热炉是轧钢行业必备的热处理设备。
随着工业自动化技术的不断发展，现代轧机应配备大型化、高度自动化的步进梁式加热炉，其生产应满足高产、优质、低耗、节能、无污染和生产操作自动化的工艺要求，以提高产品质量，增强市场竞争力。
中国轧钢行业的加热炉有两种:推钢炉和步进梁式炉。
然而，推钢炉长度短，产量低，烧损高。
操作不当会导致生产出现问题，难以实现管理自动化。
由于推钢炉有不可克服的缺点，步进梁炉依靠一种特殊的步进机构，使钢管在炉内做直角运动，钢管之间留有间隙，钢管与步进梁之间没有摩擦。
出炉的钢管通过提升装置卸出，完全消除了滑痕。
钢管加热段温差小，加热均匀，炉长不受限制，产量高，生产操作灵活。
其生产符合高产、优质、低耗、节能的特点。
全连续全自动步进梁式加热炉。
这种生产线具有以下特点: ①生产能耗大大降低。
②产量大幅增加。
③生产自动化水平很高。
原加热炉的控制系统多为单回路仪表和继电器逻辑控制系统，传动系统多为模拟量控制的电源装置。
现在加热炉的控制系统都是PLC或者DCS系统，大部分还有二级过程控制系统和三级生产管理系统。
传输系统都是数字DC或交流电源设备。
本项目是某钢铁集团新建的φ180小直径无缝连续钢管生产线热处理线上的一台步进梁式加热炉。
2流程描述该系统的工艺流程图如图1所示。
图1步进梁式加热炉工艺流程图淬火炉和回火炉都是步进梁式加热炉。
装载方式:侧进侧出；炉布:单排。
活动梁和固定梁由耐热铸钢制成，顶面有齿形面，钢管直径小于141.3毫米，每个齿槽内放置一根钢管。
每隔一颗牙放一根直径153.7mm的钢管。
活动横梁升降180mm，上下90mm，节距190mm，间隔145mm。
因此，每走一步，钢管都可以旋转一个角度，使钢管受热均匀，防止炉内弯曲变形。
燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计
燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计1. 引言燃烧式工业窑炉是工业生产中常见的设备，用于烧制各种材料或进行加热处理。
在燃烧过程中，准确控制窑炉的温度对于生产过程至关重要，能够影响产品的质量和产量。
设计一个高效、稳定的温度控制方案对于窑炉的生产效率和经济效益至关重要。
2. 温度控制的基本原理让我们从基本的温度控制原理开始。
燃烧式工业窑炉的温度控制，需要根据窑炉内部的温度变化情况，通过控制燃烧系统的供气、排气量和燃烧速度来实现。
而其中，控制燃烧系统的供气量是实现温度控制的关键。
3. 单回路控制方案设计在设计燃烧式工业窑炉的温度控制方案时，单回路控制是一种常见的方式。
简单来说，单回路控制就是通过窑炉内部的温度传感器收集窑炉温度信号，经过控制器处理后，再输出控制信号，调整燃烧系统的供气量，从而使窑炉的温度保持在设定值范围内。
4. 控制方案的优化然而，单回路控制方案也存在一些局限性，比如对窑炉内部环境变化的响应速度较慢，对窑炉温度的波动幅度不能完全控制等。
在实际应用中，需要对单回路控制方案进行优化。
可以采用先进的控制算法，如模糊控制、PID控制等，来提高控制系统的稳定性和响应速度。
另外，结合窑炉的实际工况，可以在控制系统中加入预测模型，从而实现对窑炉温度变化的提前预警和调整。
5. 个人观点和理解在我看来，针对燃烧式工业窑炉的温度控制，单回路控制方案是一种有效的方式，但需要在实际应用中不断优化和改进。
通过结合先进的控制算法和预测模型，能够更好地实现对窑炉温度的精准控制，从而提高生产效率和产品质量。
总结在燃烧式工业窑炉的温度控制方案设计中，单回路控制是一种常见的方式，但需要在实际应用中进行优化。
通过引入先进的控制算法和预测模型，能够提高控制系统的稳定性和响应速度，实现对窑炉温度的精准控制。
在文章中，我们从基本的温度控制原理出发，进一步探讨了单回路控制方案的设计和优化。
并结合个人观点和理解，对燃烧式工业窑炉的温度控制进行了全面的解析。
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给执行器。
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，做出相应的控制决策。
常见的控制器包括PID控制器和模糊控制器。
PID控制器根据比例、积分和微分三个方面来调节控制信号；模糊控制器则利用模糊逻辑推断得出控制信号。
3.3 执行器执行器根据控制器传输的控制信号调节加热器的工作状态。
常见的执行器包括电动阀和可调电阻。
电炉温度控制系统设计
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。
加热窑炉温度控制系统方案设计书
加热窑炉温度控制系统设计方案：一、加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图图2 加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图二、串级控制系统加热炉工艺过程为：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。
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4所示。
图3加热炉出口温度串级控制系统结构方框图三、控制系统方案：采用51单片机为主控芯片此方案采用单片机为主控芯片。
利用热电阻PT100作为温度传感器件，然后通过运算放大器OP-07构建差分放大器将温度信号转换成ADC0809模拟通道的输入的0-5V标准信号，再由ADC0809将模拟信号转换成八位数字信号，传送给单片机P0口，单片机将实时温度和设置参数通过数码管显示出来，同时通过键盘输入设定温度，单片机将设定温度同ADC0809传送过来的数据进行比较运算，利用PID运算，作出相应的判断，从单片机P1.0输出一个PWM波形来控制固态继电器的导通与关闭，从而控制窑炉的加热丝在一个固定周期中通电加热时间的长短来达到恒温控制的目的。
系统原理框图如下图2所示：六、窑炉温度控制系统硬件电路设计本系统硬件电路主要由以下部分组成：供电电源电路、单片机最小系统电路、温度检测电路、数模转换电路、键盘输入电路、声光报警电路、继电器输出电路、LED显示电路1.系统供电电源电路设计主控电路所需的+5V电源；外围电路（如继电器、运算放大器）所需的+12V和-12V电源。
窑炉的温度控制系统设计与实现
窑炉的温度控制系统设计与实现窑炉是生产过程中不可或缺的设备，在烧制各种物品时扮演着重要角色。
然而，为了确保生产过程的质量和稳定性，保证烧制出来的产品符合标准要求，必须对窑炉进行温度控制。
温度控制系统是窑炉生产过程中的关键，必须精心设计和实现才能达到预期效果。
一、窑炉温度控制系统的特点窑炉温度控制系统的特点在于控制对象的复杂性和计算量的大。
首先，窑炉的加热方式各异，如能源的选择、传热方式、加热温度等等都会影响整个控制系统的设计。
其次，窑炉内部环境变化迅速而非常复杂。
温度、湿度、风速等都会影响窑炉内的热传输和物品的烧制。
因此，设计人员需要考虑到窑炉的物理特性和控制过程的复杂性，实现一个高效的温度控制系统。
二、窑炉温度控制系统的分类窑炉温度控制系统主要有两类：闭环控制系统和开环控制系统。
闭环控制系统是指在窑炉内安装温度传感器，采用反馈控制的方法来控制窑炉的温度。
其中，传感器用于实时采集窑炉内的温度数据，然后通过控制器进行处理，输出控制信号，调节热源的输出量以达到温度控制的目标。
这种方式对于窑炉内部温度变化的监测和控制非常精准，因此比较常用。
开环控制系统则是直接控制热源的输出量，不考虑窑炉内部的温度变化。
因此，这种方法相对来说比较简单，易于实现，但是对于温度变化比较复杂的烧炼工艺不是很适用。
三、窑炉温度控制系统实现的技术实现窑炉温度控制系统需要掌握一些技术，如传感器技术、控制电路设计、信号处理等。
其中，传感器技术是实现闭环控制系统关键的部分，直接影响到系统的稳定性和精度。
当窑炉内物品的大小和数量不同时，温度的分布也会发生变化。
因此，需要在不同位置安装不同类型的传感器来采集温度数据，以充分了解窑炉内部的温度分布，减小误差，提高精度。
同时，控制电路设计也是温度控制系统实现的关键。
控制电路需要根据温度传感器采集到的数据进行处理和分析，输出控制信号，并调整热源的输出量。
为了提高系统精度和可靠性，还需要进行电路参数的精确计算，以保证控制电路的工作效果。
完整word版加热炉温度控制系统设计
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指导老师2010 年12月31日第1章设计的目的和意义第2章控制系统工艺流程及控制要求2.1 生产工艺介绍2.2 控制要求总体设计方案3.1 系统控制方案3.2 系统结构和控制流程图控制系统设计4.1 系统控制参数确定4.2 PID 调节器设计控制仪表的选型和配置5.1 检测元件5.2 变送器5.3 调节器5.4 执行器系统控制接线图13元件清单13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。
管式加热炉温度控制系统设计
管式加热炉温度控制系统设计首先，管式加热炉温度控制系统设计的目标是实现加热炉的稳定温度控制，并对温度进行监测和记录。
该系统的主要组成部分包括温度传感器、控制器、执行机构和人机界面。
温度传感器用于感测管式加热炉内的温度，并将感测到的温度信号传递给控制器。
常用的温度传感器有热电偶、热敏电阻和红外线测温仪。
在选择温度传感器时，需要考虑其温度范围、精度和可靠性。
控制器是管式加热炉温度控制系统的核心部分，主要用于对加热炉内的温度进行控制和调节。
常用的控制器有PID控制器和模糊控制器。
PID控制器通过根据当前温度与设定温度之间的差异来调整控制信号的大小，从而实现温度的精确控制。
而模糊控制器则根据系统的模糊特性来进行控制，可以提高控制系统的鲁棒性和适应性。
执行机构是根据控制信号来调节加热炉的加热功率的组成部分，常见的执行机构有电阻器、电磁阀和调压阀等。
执行机构根据控制器的输出，控制燃烧器的开启和关闭，从而控制温度的升降。
人机界面用于人机交互，实现对温度控制系统的监控和操作。
人机界面一般包括显示屏、按钮和报警灯等。
显示屏可以显示当前的温度信息和设定的温度值，按钮可以用于设置和修改设定温度，报警灯可以用于提示温度过高或过低等异常情况。
为了实现管式加热炉温度控制系统的可靠性和安全性，还需要考虑以下几个方面：1.确保控制器的精度和稳定性，选择高性能的控制器，并采用合适的控制算法进行温度控制。
2.选择合适的执行机构，确保其能够精确控制加热炉的加热功率，并具备高可靠性和耐久性。
3.对温度传感器进行定期检测和校准，确保温度测量的准确性。
4.设计合理的安全保护装置，如超温报警和紧急停机装置，用于保护管式加热炉和降低事故发生的风险。
综上所述，管式加热炉温度控制系统的设计需要综合考虑温度传感器、控制器、执行机构和人机界面等多个方面的因素。
通过合理选择和配置这些组成部分，可以实现对管式加热炉温度的精确控制和安全运行。
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意义。
通过采集温度数据，可以进行数据分析和建模，找出温度变化的规律和优化加热炉的工艺参数，提高生产效率和产品质量。
总结：工业加热炉温度控制系统设计涉及到传感器的选择与安装、控制器的选择与配置、动作执行器的选择与调节、系统整体集成与优化、安全保护措施以及温度数据采集与分析等方面。
针对不同的工业加热炉和加热工艺，设计合理的温度控制系统可以保证加热炉的正常运行和产品质量的稳定性和一致性。
德化井式窑炉温数字化控制系统设计
德化井式窑炉温数字化控制系统设计引言：德化陶瓷是我国传统的陶瓷之一，其烧制过程需要使用到德化井式窑炉。
在传统的生产过程中，由于工人的操作不稳定和环境因素的影响，烧制的温度控制难度较大，往往会造成陶瓷的质量下降。
为了提高陶瓷烧制工艺的稳定性和生产效率，数字化控制技术在德化井式窑炉的温度控制中得到了广泛应用。
一、数控系统的基本介绍数控系统是使用计算机数控技术实现生产自动化的关键设备。
数控系统采用计算机技术、传感技术和执行技术等多种技术融合，对机床进行数字化控制。
在传统的机械加工过程中，需要人工控制机床的加工过程，这样不仅劳动强度大，而且很难保证机床的加工精度。
而数控系统通过预先编好加工程序，在实际加工过程中，可以自动地完成加工过程，大大提高了生产效率和加工质量。
二、德化井式窑炉德化井式窑炉是德化陶瓷生产中经典的窑炉烧制设备，它以红砂岩为砖石，由上、中、下三部分组成。
井式窑炉内部是呈环形不对称的膛道，石头梁上放置砖坯，在井顶向炉膛中央放置燃料，经过长时间的烧制过程，形成高温烧结，完成陶瓷的烧制。
三、数字化控制系统的设计流程数字化控制系统设计的核心目标是实现对于德化井式窑炉的精确温度控制，降低温度偏差，提高陶瓷的成品率和质量。
数字化控制系统需要达到以下几个目标：1.通过温度传感器采集实时温度并进行数字化处理2.通过控制算法实现对于温度的自动调节3.通过人机界面实现对于控制系统的操作和监测数字化控制系统的设计过程分为以下几个环节：1. 总体设计采用实时控制模式，利用 PID 算法，结合温度传感器和执行机构，实现动态温度控制。
2. 硬件设计硬件系统由运算单元、温度传感器和输出装置组成。
运算单元选用高速运算处理器，单片机作为核心控制元件，温度传感器采用热敏电阻器，输出装置为测量阀。
3. 软件设计软件系统采用嵌入式的控制算法，实时采集窑炉内部温度数据并进行数字化处理，通过 PID 算法实现对于温度的调整。
4. 人机界面设计人机界面通过液晶显示屏实现操作界面的设计，对于控制系统进行监控、调整和维护。
工业加热炉温度控制系统设计【范本模板】
0引言在科学技术日新月异的今天，工艺精度、产品质量的提高对于工业加热炉温度控制系统的要求日益增强。
对工业加热炉的工作进行监视及报警，温度值是加热炉随着加热的需要随时变化进行控制的重要参数。
但目前国内绝大多数工业还是采用加湿机等设备通过人工来控制加热炉的温度，很难达到最佳控制效果的,同时也无法进行温度数据的自动记录与时事管理.因此，工业加热炉的温度自动控制系统取代人工完成成为了一种刻不容缓的需要，工业加热炉的温度自动控制系统也是在这种需求的驱动下被开发和实现的，并且达到了温度控制、声音报警的要求。
由于工业加热炉的温度控制系统和报警自动监控器系统均采用电能作能源，因而可以通过对输入功率的控制，达到对温度、声音报警的控制。
利用简单的单片机芯片组实现系统的控制功能,能够实现并满足系统的需要，又在经济上节约了支出,避免了系统小功能浪费的现象。
经过深入调查和认真分析本系统是一个二级计算机测控系统。
现场计算机承担各个加热炉的温度实时检测与控制以及报警监视和报警的任务。
控制中心位于中央控制室，负责对现场计算机的工作进行管理，完成实时数据收集、显示系统、打印报表以及对现场计算机的工作状态和温度给定值的设置等工作。
位于车间的工作人员值班室的值班机上，平时作为电子表运行。
当报警发生时，值班机能以声、显示数据等报警形势指示出报警的加热炉。
且当控制总台关机时,值班机能自动上升为主机代替上位机接管通讯系统向控制器发出报警查询控制字.由于单片机的使用，现场计算机的任务也由单片机控制系统的人机接口部分来完成，再通过模数转换通道部分实现对系统的精确控制，最后采用8051单片机为主处理芯片实现对系统进行控制处理]1[]2[。
1工业加热炉温度控制系统1。
1 温度控制系统简介1.1。
1选题的背景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、专家控制、鲁棒控制、推理控制等.温度是工业控制中主要的被控参数之一,特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。
电热窑炉DCS系统的设计与实现
57第2卷 第24期产业科技创新 2020，2（24）：57~58Industrial Technology Innovation 电热窑炉DCS 系统的设计与实现倪鑫易1,2，余 灿1,2，陈 森1,2（1.合肥恒力装备有限公司，安徽 合肥 230088；2.安徽省技术标准创新基地，安徽 合肥 230088）摘要：DCS 系统作为伴随现代工业自动化蓬勃发展而兴起的一种集散控制系统，在工业领域有着非常多的应用。
本文主要是基于DCS 关键技术与核心思想，设计实现一套通用化、组态化的电热窑炉监控系统。
该系统具备监控页面组态搭建、数据动态配置特点，同时具备开放的数据集成能力，方便外部系统进行设备数据管控。
关键词：DCS ；电热窑炉；监控系统；组态中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2020）24-0057-02DCS（Distributed Control System）被称为集散控制系统，是在自动控制技术、计算机技术和通讯技术相互结合的基础上发展而来的一种控制系统，具备可靠、开放、组态以及易维护的特点，在工业控制领域有着广泛的应用。
在电热窑炉领域，DCS 的技术特点也能够更好促进其自动化与智能化的发展。
1 DCS 系统功能与应用1.1 DCS 系统功能DCS 控制系统功能主要包括：实时监控、自动控制、报警提示、数据追溯。
1）实时监控：系统具备对设备（包括仪器仪表）数据进行采集、展示。
要求数据实时传输且准确。
2）自动控制：系统能够自动调整设备PID 控制参数，保证设备长期稳定运行。
3）报警提示：系统能使实时提示设备报警并记录报警信息。
4）数据追溯：系统对设备产生的数据进行定时记录，以供日后问题追溯或优化升级。
1.2 DCS 在电热窑炉中的应用电热窑炉设备类型众多，涵盖网带炉、辊道炉、钟罩炉、推板炉等。
不同类型窑炉设备特点各异导致其监控系统定制化程度较高，但又都必须具备关键数据实时监控、产品工艺控制、报警实时提醒、数据追溯等功能，这就要求通用的电热窑炉监控系统具备灵活配置、组态构建、高效监控的特点。
加热窑炉温度控制系统设计图
图
号
3 共6张
第3张
青海大学昆仑学院 自动化 2008 级 （1） 班
固态继电器输出电路
温度信号 AD 转换电路图 固态继电器输出电路 设 绘 审 计 图 核
温度信号 AD 转换电路图
时间：2011-12-9 乔顺龙 乔顺龙
图
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第4张
青海大学昆仑学院 自动化 2008 级（1）班
固态继电器 SSR 内部结构电路 键盘电路、声光报警电路 设 绘 审 计 图 核
编制
自控设备表
校核 审核 数量 2 1 1 2 安装地点 出口、炉膛 控制室 单片机与热电阻间 温度检测显示
图号：001 第1张 操作条件
学号：0853505015 共1张 备注
驱动信号适当
加热窑炉出口温度控制系统
加热窑炉出口温度串级控制系统
加热炉出口温度、串级控制系统图 设 绘 审 计 图 核
时间：2011-12-9 乔顺龙 乔顺龙
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第1张
青海大学昆仑学院 自动化 2008 级 （1） 班
系统供电电源电路原理图 设 绘 审 计 图 核
时间：2011-12-9 乔顺龙 乔顺龙
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青海大学昆仑学院 自动化 2008 级 （1） 班
温度测量信号处理电路 设 绘 审 计 图 核
时间：2011-12-9 乔顺龙 乔顺龙
工程名称 设计单位 序 01 02 03 04 号 设计项目 设计阶段 仪表位号 01 02 03 04
加热窑炉温度控制系统 加热窑炉温度控制系统 施工设计 检测点名称 炉膛温度、出口温度 数据处理及控制 热电阻接出的信号 仪表名称及规格 热电阻 单片机最小系统 模数转换器 仪表 型号 PT100 AT89S51 ADC0809 DDZIII 型
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加热窑炉温度控制系统设计方案：一、加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图图2 加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图二、串级控制系统加热炉工艺过程为：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。
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4所示。
图3 加热炉出口温度串级控制系统结构方框图三、控制系统方案：采用51单片机为主控芯片此方案采用单片机为主控芯片。
利用热电阻PT100作为温度传感器件，然后通过运算放大器OP-07构建差分放大器将温度信号转换成ADC0809模拟通道的输入的0-5V标准信号，再由ADC0809将模拟信号转换成八位数字信号，传送给单片机P0口，单片机将实时温度和设置参数通过数码管显示出来，同时通过键盘输入设定温度，单片机将设定温度同ADC0809传送过来的数据进行比较运算，利用PID运算，作出相应的判断，从单片机P1.0输出一个PWM波形来控制固态继电器的导通与关闭，从而控制窑炉的加热丝在一个固定周期中通电加热时间的长短来达到恒温控制的目的。
系统原理框图如下图2所示：图2 方案原理框图六、窑炉温度控制系统硬件电路设计本系统硬件电路主要由以下部分组成：供电电源电路、单片机最小系统电路、温度检测电路、数模转换电路、键盘输入电路、声光报警电路、继电器输出电路、LED显示电路1.系统供电电源电路设计主控电路所需的+5V电源；外围电路（如继电器、运算放大器）所需的+12V 和-12V电源。
如图3系统供电电源电路原理图所示：此电路采用“降压→整流→滤波→稳压→滤波”的线形电源模式。
这里选用了78M12、79M12、78M05三端稳压器。
(原理图见图纸2)由于78M系列三端集成稳压器内部有过热、过流保护电路，外围元件少，性能优良，体积小、价格低，所以在很多电路中广泛应用。
它的工作原理与一般的分立件组成的串联调整式稳压电源相似，区别在于增加了启动电路、恒压源以及保护电路。
为了使稳压器能在比较大的电压范围内正常工作，在基准电压形成和误差放大部分设置了恒流源电路，启动电路的作用就是为恒流源建立工作点。
实际电路是由一个电阻网络构成，在输出不同电压稳压器中，采用不同的串并联接法，形成不同的分压比，通过误差放大之后去控制调整管的工作状态，以形成和稳定一系列的输出电压。
虽然三端稳压器有很多优点，但因目前功率集成技术水平的限制，它的最大电流只能达到 1.5A。
然而本次设计需要的是电压，可以不考虑电流部分。
使用三端集成稳压器时一定要注意：输入电压与输出电压差不能过大，一般选择在6～10V为宜，压差过小，输出电压纹波大，起不到稳压作用，压差过大，稳压器本身消耗的功率就随之增大，容易损害稳压器。
78M05集成稳压器是将功率调整管、取样电阻以及基准稳压、误差放大、启动和保护电路等全部集成在一个芯片上而形成的一种稳压集成电路。
电路中两个二极管IN4007是：防止系统不稳定时，输出电压高于输入电压，从而导致三端集成稳压器被烧毁，起到保护作用。
上述电源中所用的电源变压器功率为10W。
电路中的压敏电阻VDR是防雷、抑制过电压作用，保护电路免受过电压的损害。
压敏电阻VDR在它上面的电压低于它的阀值UN=471V时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过471V时，流过它的电流激增，相当于短路，这时FUSE会因为电流激增而烧毁，使电路断开。
2.单片机最小系统单片机最小系统指的是由最基本的电路元件组成的，外接部分简单的电路就能够独图4单片机最小系统原理图立成一定的工作任务的单片机系统。
51单片机的最小系统由单片机芯片、电源、时钟电路、和复位电路组成。
如图4单片机最小系统原理图所示，其中的晶振时钟电路用来产生时钟信号，以提供单片机片内各种数字逻辑电路工作的时间基准。
按键S6_1能实现手动复位，电容C6_1能实现上电复位，复位电路用来使片内电路完成初始化的操作，具体功能是使程序计数器PC=0000H，引导程序从0000H地址单元开始执行； SFR 中的21个特殊功能寄存器复位后的状态是确定。
3.温度测量电路本系统利用热电阻PT100作为温度传感器件，然后通过运算放大器OP-07构建差分放大将温度信号转换成ADC0809模拟通道的输入的0-5V标准信号，再将模拟信号转换成八位数字信号，传送给单片机P0口。
4.温度信号测量电路如图纸3温度信号测量处理电路所示，利用热电阻Pt100作为温度传感器件，然后通过运算放大器OP-07构建差分放大电路将温度信号转换成ADC0809模拟通道的输入标准电压信号。
将Pt100接入到电桥中，由Pt100的阻值来反映窑炉的温度的变化，电桥输出电压为：Uba=Vcc[R1_4/( R1_2+R1_4)- R1_3/( R1_1+R1_3)] （其中下桥臂R1_3=100Ω，R1_4=1K，上桥臂R1_2=1K，Vcc=5V），所以Uba=5*[1K/( 1K+1K)- R1_3/( R1_1+100)]=2.5-5* 100/( R1_1+100) 其中AR1作用是将电桥电位Vb、Va作差分比例放大作用，由差分比例运算放大电路的计算方式：Auf = Uo1/(U1_ - U1+)=- R1_8/R1_6（其中R1_8=100K，R1_6=10K，U1_ - U1+=-Uba）从而得到：Uo1=10Uba=25-50* 100/( R1_1+100)。
（电路图见图纸3）根据PT100铂电阻R/T曲线可知电阻-温度的关系线性度非常好，电阻-温度的关系可以近似确实测量上限温度，Uo1=25-50* 100/( R1_1+100)，当Uo1=5V 时，可以计算出测量上限温度时对应的电阻为：150欧姆，查Pt100的分度表，可得：测量上限温度为131℃，即当t=0℃时，可得Uo1=0V；当t=131℃时，可得Uo1=5V。
由铂电阻电阻-温度线性关系特性和计算公式可得以下两个结论：(1)、PT100铂电阻在0—600℃电阻-温度的关系线性度很好。
(2)、当温度在0—131℃的范围，运放输出的电压分别线性对应是0—5V的标准。
5.热电阻pt100介绍pt100是铂热电阻，它是用很细的铂丝（直径为0.03~0.07mm）绕在云母架上制成，是国际公认的高精度测温标准传感器。
因为铂电阻在氧化性介质中，甚至高温下其物理、化学性质都非常稳定，因此它具有精度高、稳定性好性能可靠的特点，铂电阻在中温（-200~650℃）范围内得到广泛应用。
它的阻值会随着温度的变化而改变。
PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。
图7 PT100铂电阻R/T曲线它的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。
以下是PT100铂电阻R/T曲线和相应的分度表。
6.A/D转换单元经过温度信号测量处理电路后所得到的0—5V电压模拟信号要经过AD转换后才能送给单片机，如图8 温度信号AD转换电路所示，电压模拟信号输入给IN-0通道，转换完成后，输送给单片机的P0口。
（温度信号AD转换电路图见图纸4）其中ADC0809的A、B、C三个端口作为它IN0-IN8八个输入通道的选择信号，由于此处只用到了IN0通道，所以将此A、B、C三个端口全部接地，电路中ADC0809的转换结束信号引脚EOC接在单片机P3.5上，单片机启动ADC0809的转换后，延时一段时间，然后程序采取扫描方式检测ADC0809是否转换结束，单片机然后去检测P3.5电平，当接收到一个高电平时，发出一个READ 信号，使得ADC0809输出锁存缓冲器开放，将数据输送到数据线上，从而完成温度数字信号的采集过程。
7. ADC0809介绍(1) 主要特性1）8路输入通道，8位A／D转换器，即分辨率为8位。
2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）4）单个＋5V电源供电5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。
6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度7）低功耗，约15mW。
(2) 内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图9所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近图9 ADC0809内部结构图(3) 外部引脚功能特性ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图10所示。
下面说明各引脚功能。
图10 ADC0809引脚配置图IN0～IN7：8路模拟量输入端。
2-1～2-8：8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
START：A／D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
EOC：A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。
当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK：时钟脉冲输入端。
要求时钟频率不高于640KHZ。
REF（+）、REF（-）：基准电压。
Vcc：电源，单一＋5V。
GND：地。
(4) CLOCK引脚时钟频率由于ADC0809的CLOCK引脚时钟脉冲输入端时钟频率要求不高于640KHZ，而单片机的ALE（地址锁存使能端）输出的频率是单片机的振荡频率12MHZ的1/6，即频率是2MHZ，所以不能直接将单片机的ALE脚接在ADC0809的CLOCK端。
如下图所示，可以用两片CD4013构成如下的4分频电路将2MHZ 的ALE频率分成512KHZ<640KHZ。
图11 CD4013构成4分频电路一个D触发器CD4013有6个端子：2个输出，4个控制。
4个控制分别是R、S、CK、D。
其中：(1)R和S不能同时为高电平。