计算机控制课程设计电阻炉温度控制系统
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计一、引言电阻炉是一种广泛应用于工业生产中的加热设备，其温度控制的准确性对于工艺过程的稳定和产品质量的保证至关重要。
本文将基于单片机设计一个电阻炉温度控制系统，通过采集温度传感器的信号，用单片机控制加热器的工作状态，实现对电阻炉温度的精确控制。
二、系统结构设计本系统由四个模块组成：温度采集模块、温度控制模块、显示模块和控制模块。
1.温度采集模块：使用一个高精度的温度传感器，如PT100，将电阻炉内部的温度转化为电压信号。
该信号经过模拟转数字转换器（ADC）转换为数字信号，传输给单片机。
2.温度控制模块：根据温度采集模块传输的信号，单片机通过PID算法计算出控制值，并输出PWM信号控制加热器的工作状态。
PID算法可根据实际情况进行参数调整，以达到系统稳定的控制效果。
3.显示模块：采用数码管或液晶显示器显示当前电阻炉的温度值，方便操作员实时监测电阻炉的运行状态。
4.控制模块：可以通过按钮或者触摸屏等方式进行设定和调整控制参数，例如设定温度范围、PID参数调节等。
三、系统工作原理1.系统初始化：单片机启动后，进行相应的外设初始化和参数设定，包括温度采集模块的配置、PID参数的设定、显示模块的显示等。
2.温度采集与转换：通过温度传感器采集电阻炉内部的温度信号，将其转化为模拟电压信号。
利用ADC将模拟信号转换为数字信号，并传输给单片机进行处理。
3.PID算法计算：单片机根据采集到的温度值，通过PID算法计算出控制值。
PID控制算法通常包括比例系数（P）、积分系数（I）和微分系数（D）三个参数的调整，根据实际情况进行调节以达到控制精度和稳定性要求。
4.PWM输出控制：根据PID算法计算得到的控制值，单片机输出对应的PWM信号。
该信号通过驱动电路控制加热器的工作状态，调整和维持电阻炉的温度。
5.温度显示：单片机将当前的温度值通过显示模块进行显示，使操作员能够实时监测到电阻炉的温度。
电阻炉温控制课程设计
电阻炉温控制课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握电阻炉温控制的基本原理、方法和技巧。
通过本课程的学习，学生将能够：1.理解电阻炉温控制的基本概念和原理，如PID控制、模糊控制等。
2.掌握电阻炉温控制系统的搭建、调试和优化方法。
3.能够运用所学知识分析和解决实际工程中的电阻炉温控制问题。
4.培养学生的动手能力、创新意识和团队协作精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.电阻炉温控制的基本原理：介绍电阻炉的工作原理、温度控制的重要性及其相关概念。
2.电阻炉温控制技术：讲解电阻炉温控制系统的组成、工作原理及各种控制算法。
3.电阻炉温控制系统的设计与实现：介绍电阻炉温控制系统的设计方法、调试技巧及优化策略。
4.电阻炉温控制工程应用案例分析：分析实际工程中的电阻炉温控制案例，让学生学会如何运用所学知识解决实际问题。
5.电阻炉温控制实验：让学生通过实验操作，加深对电阻炉温控制原理和方法的理解。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：讲解电阻炉温控制的基本原理、控制算法和工程应用。
2.讨论法：学生针对实际案例进行分析讨论，培养学生的创新意识和团队协作精神。
3.案例分析法：分析实际工程中的电阻炉温控制案例，让学生学会如何运用所学知识解决实际问题。
4.实验法：让学生通过动手实验，加深对电阻炉温控制原理和方法的理解。
四、教学资源为了保证教学效果，本课程将充分利用校内外教学资源，包括：1.教材：选用国内知名出版社出版的电阻炉温控制相关教材，保证课程内容的科学性和系统性。
2.参考书：提供一批电阻炉温控制领域的经典参考书籍，供学生深入学习。
3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，辅助学生理解电阻炉温控制的基本原理和工程应用。
4.实验设备：为学生提供电阻炉温控制实验所需的设备，让学生能够亲自动手操作，提高实践能力。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等环节，评估学生的学习态度和积极性。
微机控制课程设计--电阻炉温度控制系统设计
微机控制课程设计——电阻炉温度控制系统设计班级：学号：姓名:完成日期：2013年5月目录一．课程设计目的 .......................................................................................... 二．课程设计任务 .......................................................................................... 三．课程设计要求 ..........................................................................................四. 系统总体设计 .........................................................................................五.硬件电路设计 ..........................................................................................六.系统软件设计 ..........................................................................................七. 设计总结…………………………………………………………………八. 参考文献…………………………………………………………………九. 附录………………………………………………………………………一．课程设计目的:大学本科学生动手能力的培养和提高是大学本科教育的一个重要内容。
如何让学生在学好基础知识的同时，迅速掌握应用技术，实验与课程设计环节起着非常重要的作用。
电阻炉温度控制系统设计.
计算机控制技术课程答辩论文题目：电阻炉温度控制系统设计电阻炉温度控制系统设计摘要自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。
随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。
电阻炉在国民经济中有着广泛的应用，而大功率的电阻炉则应用在各种工业生产过程中。
然而，大多数电阻炉存在着各种干扰因素，将会给工业生产带来极大的不便。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、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。
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，本设计要求用单片机设计一个能在多种领域得到广泛应用的电阻炉温度控制系统。
关键词：恒温；热处理；控温系统目录第一章绪论1.1 选题的背景与意义…………………………………………………1.2电阻炉简介……………………………………………………………1.3电阻炉的优点…………………………………………………………第2章系统总体设计………………………………………………………2.1总体方案设计…………………………………………………………2.2对象分析…………………………………………………………………2.3系统功能设计……………………………………………………………第3章硬件设计………………………………………………………………3.1计算机机型……………………………………………………………3.2设计支持计算机工作的外围电路………………………………3.3设计输入输出通道………………………………………………………3.4元器件的选择…………………………………………………………第四章软件设计……………………………………………………………4.1系统程序流程图………………………………………………………4.2程序清单…………………………………………………………………第五章系统调试………………………………………………………………设计总结……………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………附录第1章绪论1.1 选题的背景与意义电阻炉是工农业生产中常用的电加热设备,广泛应用于冶金、机械、建材等行业，而大功率的电阻炉则应用在各种工业生产过程中。
基于PLC电阻炉温度控制系统设计
基于PLC电阻炉温度控制系统设计1.引言电阻炉是一种常见的热处理设备，用于加热金属或其他材料至一定温度。
为了确保加热过程的准确性和安全性，需要使用温度控制系统对电阻炉进行控制。
本文将基于PLC来设计一个电阻炉温度控制系统。
2.设计方案2.1系统架构该系统的基本架构由以下几个部分组成：传感器模块、控制模块、执行模块和人机界面。
传感器模块用于监测电阻炉内部的温度，并将温度信号传输给控制模块。
控制模块采用PLC作为核心控制器，负责接收传感器信号并根据设定的温度值进行控制。
执行模块根据PLC的指令，控制电阻炉的加热功率以调节温度。
人机界面用于设置设定温度和显示当前温度，以及监控系统状态。
2.2硬件设计传感器模块使用高精度的温度传感器（如热电偶或热电阻），将温度信号转换为模拟电信号，并通过模拟输入模块将信号输入到PLC。
控制模块采用PLC作为核心控制器。
PLC具有较高的可编程性和稳定性，能满足温度控制系统的要求。
PLC通过模拟输入模块接收传感器信号，并通过数字输出模块控制执行模块。
执行模块由电源模块和电阻器组成。
电源模块为电阻炉提供电力源，电阻器根据PLC的输出信号来调节电阻炉的加热功率，以控制温度。
人机界面采用触摸屏或上位机软件，用于设置设定温度、显示当前温度、监控系统状态和报警信息等。
2.3软件设计软件部分主要包括程序设计和界面设计。
程序设计方面，主要采用Ladder Diagram（梯形图）来编写控制程序。
程序需要包括接收传感器信号、判断温度与设定温度的差值、根据差值控制输出信号等功能。
界面设计方面，可以使用相应的编程软件进行设计。
界面需要包括设定温度的输入框、当前温度的显示框、报警信息的提示框等。
3.系统功能该系统具有以下功能：-温度控制：根据设定温度自动调节电阻炉加热功率，使温度保持在设定范围内。
-报警功能：当温度超出设定范围时，系统会发出声音或显示警报，提醒操作员。
-数据记录：系统可以记录温度变化的曲线，并将数据存储到数据库中，以便用户查询和分析。
1计算机控制技术课程设计之电阻炉温度控制系统
计算机控制课程设计课题：电阻炉温度控制系统院系：成绩：河南城建学院年月日目录一、设计目的 (1)二、设计任务及要求 (1)三、方案设计 (1)3.1 系统组成总体结构 (2)3.2 控制器设计 (2)四、系统硬件设计 (5)4.1 硬件设计 (5)4.2 电源部分 (5)4.3温度检测电路 (6)4.4 A/D转换电路 (6)4.5 输出通道设计 (7)4.6键盘的选取 (8)五、系统软件设计 (8)5.1初始化程序 (8)5.2中端服务程序 (8)5.3系统主程序 (8)5.4模数转换模块 (10)六、系统仿真与结果分析 (11)七、结束语 (13)参考文献............................................... 错误!未定义书签。
一、设计目的计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性。
通过这次课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养独立自主、综合分析与创新性应用的能力。
二、设计任务及要求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℃～350℃，保温阶段温度控制精度为±1C °。
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，其对象的温控数学模型为：1)(+=-s T e K s G d sd τ其中：时间常数Td=350s 放大系数Kd=5 滞后时间τ=10s控制算法选用改PID 控制三、方案设计加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。
电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。
电阻炉炉温自动控制系统
目录1概述： (2)1.1设计目的 (2)1.2设计内容、步骤及要点 (2)2详细设计说明 (3)2.1硬件设计与调试 (3)3对该系统的进一步设想 (9)3.1定时加热 (9)3.2远程控制 (9)3.3不同时间设置不同温度 (9)4课程设计总结 (10)5软件使用说明 (10)6附录（参考文献，原代码：） (10)参考文献： (10)原代码: (10)1 概述：1.1设计目的本课程的实训实际上是学生学习完《微机控制系统原理与应用》课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对计算机控制技术理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力，提高对实际问题的分析和解决能力，以达到理论学习的目的，并培养学生应用计算机辅助设计和撰写设计说明书的能力。
1.2设计内容、步骤及要点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. 课程设计内容：（1）设计内容及要求电加热炉用电炉丝提供功率，使其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（或电水壶）功率为1KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。
（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0—75℃，升温和降温阶段的温度控制精度为+1℃，保温阶段温度控制精度为+1℃。
（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。
本课程设计包含两大部分内容：设计报告和设计软硬件。
其中设计软硬件在题目验收时由指导教师检查，设计报告作为书面材料提交。
设计报告的主要内容有：A、硬件设计模拟量输入通道：单端对地输入；输入电压信号量程为0～5VDC；输出码制为单极性二进制码。
模拟量输出通道：采用电流输出方式。
选择主电路器件并设计主电路。
温度传感器的选择与安装。
B、软件设计设计数据采集程序；数据滤波程序；标度变换程序；控制计算程序（PID控制）；控制输出程序（限幅输出）；要求有参数（给定值、采样周期、PID参数）设定和修改功能；实时显示控制回路的给定值、测量参数、控制量。
微机控制课程设计--电阻炉温度控制系统设计
微机控制课程设计——电阻炉温度控制系统设计班级：学号：姓名:完成日期：2013年5月目录一．课程设计目的 .......................................................................................... 二．课程设计任务 .......................................................................................... 三．课程设计要求 ..........................................................................................四. 系统总体设计 .........................................................................................五.硬件电路设计 ..........................................................................................六.系统软件设计 ..........................................................................................七. 设计总结…………………………………………………………………八. 参考文献…………………………………………………………………九. 附录………………………………………………………………………一．课程设计目的:大学本科学生动手能力的培养和提高是大学本科教育的一个重要内容。
如何让学生在学好基础知识的同时，迅速掌握应用技术，实验与课程设计环节起着非常重要的作用。
电阻炉温度控制系统设计
Alpha
第1章 绪论
1.
通过本次实训使学生将课本中所学的专业知识应用于设计实践，以巩固课堂学的专业知识，为今后的毕业设计打下良好的基础。
This time we design theme design is a design based on the temperature control system of resistance furnace computer control system algorithm, required through the MCU control of resistance furnace temperature, through the keyboard input LED display numerical control the temperature exceeds the set temperature, the time can send out the alarm, and because the use of direct digital control algorithm, the error is small, better stability.
由数据采集、信号放大、模数转换等模块构成。设计是通过温度传感器将温度信号转变为电流（电压）信号，我们知道经温度变化引起电流（电压）信号的改变是非常小的，此时如果被模数转换器采集的话效果不是很明显的，因此我们将其通过一个信号放大模块进行放大。再通过模数转换器后送入单片机AT89C51，而单片机通过PID算法控制电炉加热，使数码管显示实时温度，实现温度的精度控制。
计算机控制技术课程设计(整理版)
电阻加热炉温度控制系统设计一、摘要温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、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。
但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果。
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。
在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
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。
二、总体方案设计1、设计任务：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。
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)
电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。
电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。
其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、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。
但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID 的控制方案很难达到理想的控制效果。
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。
在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
关键词：恒温；热处理；控温系统Design for Temperature Control System of Resistance FurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System.In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature；Heat treatment；Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、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。
计算机控制技术课程设计之电阻炉温度控制系统最新
摘要随着科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等要求越来越高，控制系统也千变万化。
电阻炉广泛应用于各行各业，其温度控制通常采用模拟或数字调节仪表进行调节，但存在着某些固有的缺点。
而采用单片机进行炉温控制，可大大地提高控制质量和自动化水平，具有良好的经济效益和推广价值。
本设计以AT89C51单片机为核心控制器件，以ADC0809作为A/D转换器件，采用闭环直接数字控制算法，通过控制可控硅来控制热电阻，进而控制电炉温度，最终设计了一个满足要求的电阻炉微型计算机温度控制系统。
关键字：电阻炉 89C51单片机温度控制 A/D转换目录1 系统的描述与分析 (2)1.1系统的介绍 (2)1.2技术指标 (2)2 设计思路 (3)2.1方案一 (3)2.2方案二 (3)3 控制算法 (4)3.1控制算法的确定 (4)3.2数学模型的建立 (4)4 系统软硬件设计 (6)4.1总体设计 (6)4.2温度检测电路 (9)4.3温度控制电路 (9)4.4人机对话电路 (11)4.4.1键盘管理 (11)4.4.2数码显示 (12)4.4.3报警 (13)5 心得体会 (14)参考文献 (15)致谢 (16)附件一 (17)1 系统的描述与分析1.1系统的介绍该系统的被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。
可控硅控制器输入为0~5伏时对应电炉温度0~500℃，温度传感器测量值对应也为0~5伏，对象的特性为带有纯滞后环节的一阶惯性系统，这里惯性时间常数取T1＝30秒，滞后时间常数取τ＝10秒。
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，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。
对此偏差按PID规律进行调整，得出对应的控制量来控制驱动电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)
电阻炉的温度控制系统设计之答禄夫天创作摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展.电阻加热炉是典范的工业过程控制对象.其温度控制具有升温单向性、年夜惯性、年夜滞后、时变性等特点, 且其升温、保温是依靠电阻丝加热, 降温则是依靠环境自然冷却.温度是工业对象中主要的被控参数之一.尤其是在冶金、化工、机械各类工业中, 广泛使用各种加热炉、热处置炉、反应炉等.由于炉子的种类分歧, 所采纳的加热方法及燃料也不相同, 如煤气、天然气等.但就控制系统自己的静态特性而言, 均属于一阶纯滞后环节, 在控制算法上基秘闻同, 可采纳PID控制或其他纯滞后赔偿算法.但对电阻加热炉来说, 当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温, 因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数.而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制战略, 其设计依赖于被控对象的数学模型, 因此对加热炉这类控制对象采纳传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果.为了保证生产过程正常平安地进行, 提高产物的质量和数量, 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坚持恒温, 不能随电源电压摆荡或炉内物体而变动, 或者有的电炉的炉温根据工艺要求依照某个指定的升温或保温规律而变动, 等等.因此, 在工农业生产或科学实验中经常对温度不单要不竭地丈量, 而且要进行控制.在电阻炉温度控制系统的设计中, 应尽量考虑到如何有效地防止各种干扰因素而采纳一个较好的控制方案, 选择合适芯片及控制算法是非常有需要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统.关键词：恒温；热处置；控温系统Design for Temperature Control System of ResistanceFurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and thefuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System. In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select theappropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature； Heat treatment； Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统法式流程图 (12)2、法式清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、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物热力特性实验, 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, 采纳双向可控硅进行控制.系统模型：2、工艺要求依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.模拟手动把持：当系统发生异常, 投入手动控制.微机监控功能：显示以后被控量的设定值、实际值, 控制量的输出值, 参数报警时有灯光报警.4、对象分析在此设计中, 要求电阻炉炉内的温度, 依照上图所示工艺要求的规律变动, 首先从室温开始到50℃为自由升温阶段, 当温度达到50℃, 就进入系统调节, 当温度上升达到350℃时进入保温段, 要求始终在系统控制下, 保证所需的炉内温度的精度.加工完毕, 要进行降温控制.保温段的时间为600～1800s.过度过程时间：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, 使炉内温度依照曲线的斜率升或降.采纳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, 运算放年夜器和可控硅作为功率放年夜, 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按时对炉温进行丈量和控制一次, 炉内温度是由铂电阻温度计来进行丈量, 其信号经放年夜送到模数转换芯片, 换算成相应的数字量后, 再送入计算机中进行判别和运算, 获得应有的电功率数, 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, 使其达到炉温变动曲线的要求.二、硬件的设计和实现1、计算机机型：MCS—51 8031（不包括ROM、EPROM）系统总线：PC总线2、设计支持计算机工作的外围电路矩阵键盘技术：图2-1用8255接口的4×8键盘矩阵图2-1为4×8矩阵组成的32键盘与微机接口电路.图中8255端口C为行扫描口, 工作于输出方式, 端口A工作于输入方式, 用来读入列值.图中I/O口地址必需满足___CE=0, 才华选中相应的寄存器.在每一行与列的交叉点接一个按键, 故4×8共32个键.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,由硬件保管输出值,坚持显示结果.图2-2用锁存器连接的6位静态显示电路图2-2为6位BCD码静态显示电路原理图.图中74LS244为总线驱动器, 6位数字显示共用同一组总线, 每个LED显示器均配有一个锁存器（74LS377）, 用来锁存待显示的数据.当被显示的数据从数据总线经74LS244传送到各锁存器的输入端后, 究竟哪一个锁存器选通, 取决于地址译码器74LS138各输出位的状态.总线驱动器74LS244由IOW和A9控制, 当IOW和A9同时为低电平时, 74LS244翻开, 将数据总线上的数据传送到各个显示器的锁存器74LS377上.特点:占用机时少,显示可靠.但使用元件多,且线路复杂、本钱高.报警电路设计：正常运行时绿灯亮, 在保温阶段炉内温度超越系统允差范围, 就要进行报警.报警时报警红灯亮, 电笛响, 同时发送中断信号至CPU进行处置.如图2-3图2-3加热炉报警系统图3、设计输入输出通道输入通道：因为所控的实际温度在50 ～ 350℃℃/字, 再加放年夜器偏置办法实现.（通过调整放年夜器的零点来实现偏置）这里采纳一般中速芯片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, 其转换方法为逐次迫近型.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.这种器件无需进行零位和满量程调整.由于多路开关的地址输入部份能够进行锁存和译码, 而且其三态TTL输出也可以锁存, 所以它易于与微型计算机接口.其具有较高的转换速度和精度, 受温度影响较小, 能较长时间保证精度, 重现性好, 功耗较低, 故用于过程控制是比力理想的器件.图2-4ADC0809应用接线图输出通道：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, 所以这里采纳经常使用的DAC0832芯片DAC0832是8位D/A转换器, 与微处置器完全兼容.期间采纳先进的CMOS工艺, 因此功耗低, 输出漏电流误差较小.它的内部具有两级输入数据缓冲器和一个R-2RT型电阻网络, 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年夜器, Rf为为运算放年夜器的反馈电阻端.图2-5DAC0832双极性电压输出电路双极性电压输出的D/A转换电路通常采纳偏移二进制码、补码二进制码和符号一数值编码.只要在单极性电压输出的基础上再加一级电压放年夜器, 并配以相关电阻网络就可以构成双极性电压输出.在上图中, 运算放年夜器A2的作用是把运算放年夜器A1的单向输出电压转酿成双向输出.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—1300℃, 使用温度小于即是600℃, 允差±℃.执行元件的选择：电阻加热炉采纳晶闸管（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, 对输出通道采纳较高的分辨率的方案, 因此采纳移相触发方式, 而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赔偿, 所以采纳惯例的DDZ 系列温度变送器.控制元件：采纳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.三、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：.整个闭环系统可用一个带纯滞后的一阶惯性环节来近似, 所以其控制算法采纳年夜林算法.电阻加热炉温度控制系统模型为其广义的传递函数为：年夜林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器, 使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节, 即：通常认为对象与一个零阶坚持器相串连, 相对应的整个闭环系统的脉冲传递函数是：11788.2)(40+=-s e s G s2、计算过程：连同零阶坚持器在内的系统广义被控对象的传递函数系统闭环传递函数数字控制器：消除振铃现象后的数字控制器：将上式离散化：U（Z）—U（Z）Z—1=1.279E（Z）—1.226E（Z）Z—1U（K）—U（K—1）=1.279E（K）—1.226E（K—1）最终得：U（K）=U（K—1）+1.279E（K）—1.226E（K—1）四、软件设计1、系统法式流程图a、系统主法式框图b、A/D转换子法式流程图c、LED显示流程图d、报警法式流程图e、数字控制算法子法式流程图2、法式清单ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP KEYSORG 000BHAJMP PIT0ORG 001BHAJMP PIT1 ；中断入口及优先级MAIN： MOV SP, #00HCLR 5FH ：清上下限越限标识表记标帜MOV A, #00HMOV R7, #09HMOV R0, #28HLP1：MOV @R0, AINC R0DJNZ R7, LP1MOV R7, #06HMOV R0, #39HLP2：MOV @R0, AINC R0DJNZ R7, LP2MOV R7, #06HMOV RO, #50HLP3：MOV @R0, AINC R0DINZ R7, LP3 ；清显示缓冲区MOV 33H, #00HMOV 34H, #00H ；赋KP高低字节MOV 35H, #00HMOV 36H, #00H ；赋KI高低字节MOV 37H, #00HMOV 38H, #00H ；赋KD高低字节MOV 42H, #00HMOV 43H, #00H ；赋K高低字节MOV TMOD, #56H ；T0方式2, T1方式1计数MOV TLO, #06HMOV THO, #06HMOV 25H, #163H ；设定值默认值350SETB TR0 ；键盘高优先级SETB ET0SETB EX0SETB EA ；开键盘T0.T1中断LOOP： MOV R0, #56HMOV R1, #55HLCALL SCACOV ；标度转化MOV R0, #53HLCALL DIRNOPLCALL DLY10MSNOPLCALL DLY10MSAJMP LOOP ；等中断键盘子法式KEYS： CLR EX0CLR EAPUSH PSWPUSH ACC ；关中断LCALL DLY10MS ；消抖CC：J B P3.2 AASETB 5DH ；置“显示设定值温度值标识表记标帜”MOV A, 25H ；取运算位的值MOV B, #10H ；BCD码转化DIV A BMOV 52H, AMOV A, BMOV 51H, AMOV R0,#50HLCALL D IR ;显示设定温度NOPLCALL DLY10MSNOPLCALL D LY10MSJB P1.7 ,BBMOV R1,#25HLCALL D AAD1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCBB: J B P1.6 CCMOV R1,#25HLCALL D EEC1NOPLCALL D LY10MSAJMP C CAA: P OP ACCPOP PSWSETB EX0SETB EA ;出栈RETI显示子法式DIR: M OV SCON ,#00H ;置串行口移位寄存器状态SETB P1.4 ;开显示JB 5DH,DL1 ;显示设定温度DL2: M OV DPTR,#SEGTDL0: M OV A,@R0MOVC A,@A+DPTRMOV SBUF ,ALOOP1: J NB TI, LOOP1CLR TIINC R0MOV A,@R0MOVC A,@A+DPTRANL A, #7FH ；使数带小数点MOV SBUF ,ALOOP2: J NB TI,LOOP2CLR TIINC R0MOV A,@R0MOVC A,@A+DPTRMOV SBUF,ALOOP3: J NB TI,LOOP3CLR TICLR 5DHRETDL1: MOV 50H,#0AH ;小数位黑屏AJMP DL2SEGT: DB0C0H ,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH加一子法式DAAD1: MOV A,#00HORL A,@R1ADD A,#01HCJNE A,#30H,DAAD2 ;超越48度了吗?DAAD3: MOV @R1,ADAA: RETDAAD2: JC DAAD3MOV @R1,#15EH ;超越48则转回到355AJMP DAA减一子法式DEEC1: MOV A,@R1DEC ACJNE A,#15EH,DEEC2 ;低于355度了吗?DEEC3: MOV @R1,ADEE : RETDEEC2: J NC DEEC3MOV @R1,#30H ;低于355则转回到48AJMP DEET0中断子法式PTT0: C LR EAPUSH A CCPUSH P SWPUAH D PLPUSH DPHSETB EA ;压栈后开中断响应键盘PPP: LCALL SMAP ；采样数据LCALL FILTER ;数字滤波MOV A,2AH ;取采样值CJNE A,#07H,AAA ;下限48比力AJMP BBBAAA: JC CCC ;小于48度转CJNE A,#0FEH ,DDD ;上限355比力AJMP BBB ;转至48~355正常范围处置DDD: JC BBBCLR P1.2 ;年夜于355黄灯亮SETB 5EHCLR P1.1 ;置标识表记标帜启动风扇AJMP PPPCCC: CLR P1.3 ;小于48红灯亮SETB 5FHBBB: CLR P1.0 ;置标识表记标帜启动电炉AJMP PPPCLR 5EHCLR 5FH ;50~350之间正常LCALL PIDJNB 20H,EEF ;设定温度小于实际值转到风扇MOV A,29HLCALL FFFLOOP10: MOV R0,#56H ;寄存相乘结果的首址MOV R1,#55H ;赋显示缓冲区最高位地址LCALL S CACOV ;标度转化MOV R0,#53H ;赋显示首址CLR DIRJB D5H,LOOP10 ;等候T1中断CLR EAPOP DPHPOP DPLPOP PSWSETB EAPOP ACCRETIEEE: MOV A,28H ;风扇处置LCALL FFFAJMP LOOP10FFF: CRL A ;根据PID结果计算T1初值INC AMOV TL1,AMOV TH1,#0FFHSETB PI1SETB TR1SETB ET1RET标度转化SCACOV :PROC NEARMOV DX,0MOV DATA1,#258HMOV DATA2,#708HMOV DATA3,#960HPROC NEARMOV DX,0MOV AX,DATAP;取采样时间CMP AX,DATA3 ;时间年夜于2400?JAE Q3DORCMP AX,DATA2JAE Q3-Q2; 1800<时间<2400CMP AX,DATA3JAE Q2-Q1 ; 600<时间<1800Q0: MOV BX,0.8H ;<600S Q=50+t/2MUL BXADC DX,0JMP DONEQ2-Q1: MOV AX,#15EH ;Q=350Q3-Q2: SUB AX,DATA2;Q=350-(t-1800)/2MUL BXMOV AX,#15EHSUB AX,BXMOV @R1,APP: R ET采样子法式SWAP: M OV R0,#20HMOV R1,#03HSAW1: MOV DPTR,#7FF8HMOVX @DPTR A ;A/D转化MOV R2,#20HDLY: D JNZ R2,DLY ;延时HERE: JB P3.3 ,HEREMOV DPTR,#7FF8HMOVX A,@DPTR ;读转化结果MOV @R0,AINC R0DJNZ R1,SAM1RET数字滤波FILTER: MOV A, 20HCJNE A,2DH CMP1AJMP CMP2CMP1: JNC CMP2XCH A,2DHXCH A,2CHCMP2: MOV A,2DHCJNE A,22EH,CMP3MOV 2AH,AAJMP RRCMP3: JC CMP4MOV 2AH,AAJMP RRCMP4: MOV A,2EHCJNE A,2CH,CMP5MOV 2AH ,AAJMP R RCMP5: JC CMP6XCH A,2CHCMP6: M OV 2AH,ARR: R ETT1中断PIT1: C LR 00HJB 20H, GGGSETB P1.0 ;关闭电炉GG: CLR PT1RETIGGG: SETB P1.1 ;关闭风扇CLR 20HAJMP G G延时10MS子法式DLY10MS: MOV R7,#0A0HDLOO: MOV R6,#0FFHDL11: D JNZ R6,DL11DJNZ R7,DL00RET数字PID算法子法式PID: M OV R5,#00HMOV R4,2DH ;取NX值MOV R3,#00HMOV R2,#32H ;取50LCALL C PL1LCALL D SUM ;求(NX-32H)值MOV R0,#5AH ;赋乘法算法运算暂存单位地址首址MOV R5,#05HMOV R4,#1CH ;赋参数LCALL M ULT ;调无符号数乘法MOV 31H ,5BHMOV 32H ,5AH ;寄存结果有效值MOV R5,31HMOV R4,32H ;取双字节UR(设定)MOV R3,2AHMOV R2,#00H ;取双字节实测值ACALL C PL1 ;取U(K)补码ACALL D SUM ;计算E(K) MOV 39H, R7MOV 3AH,R6 ;存E(K) MOV R5,35HMOV R4,36H ;取KI参数MOV R0,#4AHACALL MULT1 ;计算PI=KI*E(K)MOV R2,39HMOV R4,3AH ;取E(K)MOV R3,3BHMOV R2,3CH ;取E(K-1)MOV R5,33HMOV R4,34H ;取KP参数MOV R0,#46HACALL M ULT1 ;KP*[ E(K)- E(K-1)]MOV R5,49HMOV R4,48HMOV R3,4DHMOV R2,4CHLCALL D SUM ;KP*[ E(K)- E(K-1)]+ KI*E(K)MOV 4AH, R7MOV 4BH,R6 ;保管上式之和MOV R5,39HMOV 3CH,3AH ;存E(K)到E(K-1)MOV A,31H ;取设定值CJNE A,2AH,AA2 ;比力设定值与实测值AA3: C LR 20H ;清电炉标识表记标帜AA1: R ETAA2 JNC AA3SETB 20H ; 清风扇标识表记标帜位MOV R3,39HMOV R2,3AHLCALL CPL1MOV A,R3MOV R7,AMOV A,R2MOV R6,AMOV R5,42HMOV R4,43H ;取K1风扇标识表记标帜MOV R0,#5AHACALL MULT1 ;计算P=K*E(K)且结果存在51H,50H单位中MOV 28H,5BH ;取8位有效值存在28H单位AJMP AADSUM: MOV A,R4 ;双字节加法子法式(R5R4)+(R3R2) (R7R6)ADD A,R2MOV R6,AMOV A,R5ADDC A,R3MOV R7,ARET双字节求补CPL1: M OV A,R2CPL AADD A,#01HMOV R2,AMOV A,R3CPL AADDC A,#00HMOV R3,ARET乘法被乘数R7R6乘数R5R4MULT1: MOV A,R7RLC AMOV 5CH,C ;被乘数符号C1 5CH位JNC POS1 ;为正数则转MOV A,R1 ;为负数求补CPL AADD A,#01HMOV R6,AMOV A,R7CPL AADDC A,#00HMOV R7,APOS1: M OV A,R5 ;取乘数RLC A ;乘数符号C25DHMOV 5DH,CJNC POS2 ;为正数则转MOV A,R4CPL AADD A,#01HMOV R4,AMOV A,R5CPL AADDC A,#00HMOV R5,APOS2: A CALL MULTMOV C,5CHANL C,5DHJC TPL ;负负相乘转MOV C,5CHMOV C,5DHJNC TPL ; 正正相乘转DEC R0MOV A,@ROCPL AADD A,#01MOV @R0,AINC R0MOV A,@R0CPL AADDC A,#00HMOV @R0,ATPL: RETMULT: MOV A,R6MOV B,R4 ;取低位相乘MUL ABMOV @R0,AMOV R3,BMOV A,R4MOV B,R7MUL ABADD A,R3MOV R3,AMOV A,BADDC A,#00HMOV R2,AMOV A,R6MOV B,R5MUL ABADD A,R3INC R0MOV @R0,ACLR 5BHMOV A,R2ADDC A,BMOV R2,AJNC LASTSETB 5BH ;置进位标识表记标帜LAST: MOV A,R7MOV B,R5MUL ABADD A,R2INC R0MOV @R0,A ;存积MOV A,BADDC A,#00HMOV C,5BHADDC A,#00HINC R0MOV @R0,ARETEND五、完整的系统电路图附录六、系统调试在系统调试过程中, 将系统各部份硬件连接, 检测各部份是否正确.然后就可以进入硬件调试, 调试的主要任务是排除硬件的故障, 其中包括设计毛病和工艺性故障, 然后在进行软件的调试, 软件调试时需要检查编程是否正确, 用微型机对MCS51系列单片机法式进行交叉汇编.在硬件、软件独自调试后, 即可进入硬件、软件联合调试阶段, 找出硬件、软件之间不相匹配的处所, 反复修改和调试, 直到符合设计要求.七、设计总结经过一周的设计, 我对这门课程有了更深的了解.在设计过程中, 首先要熟悉系统的工艺, 进行对象的分析, 要熟悉各元件的参数, 依照要求确定方案.然后要进行硬件和软件的设计和调试.由于没有实际的样机, 所以不能看到系统的运行结果.只能在理论上对系统的结果进行预测分析.通过设计实验, 使我了解了人机交互接口技术、微型机控制系统输入/输出接口的扩展方法, 模拟量输入/输出通道的设计, 经常使用控制法式的设计方法, 数据处置技术, 以及数字控制器算法.此次设计使我对微型计算机控制技术有了全面的深刻的了解, 对我以后深入学习这门技术有很年夜的帮手.八、参考文献(1) 潘新民, 王燕芳.微型计算机控制技术.高等教育出书社,2001(2) 马修水, 李晓林.传感器与检测技术（第二版）.电子工业出书社,2008（3）牛昱光, 李晓林.单片机原理与接口技术. 电子工业出书社, 2008（4）马春燕.微机原理与接口技术（基于32位机）.电子工业出书社,2007附录。
计算机控制课程设计(电阻炉温度控制系统)
计算机控制课程设计报告设计题目：电阻炉温度控制系统设计年级专业： 09级测控技术与仪器姓名：武帆学号： P6*******任课教师：谢芳电阻炉温度控制系统设计0.前言随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，特别是微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，利用单片机来改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。
温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。
温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。
因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。
本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，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。
温度控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
采用单片机进行温度控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。
单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。
1.课程设计任务项目设计：电阻炉温度控制系统设计以在工业领域中应用较为广泛的电阻炉为被控对象，采用MCS—52单片机实现电阻炉温度计算机控制系统的设计，介绍电阻炉温度计算机控制系统的组成，并完成系统总体控制方案和达林算法控制器的设计，给出系统硬件原理框图和软件设计流程图等。
计算机控制技术课程设计-炉温控制系统
图 3 单片机的最小系统
3) 模拟量给定输入 在本系统中，被控温度要求在 0~100℃任意调节，在这里采用模拟量给定。 0~5V 则对应 0~100 的温度预设置。通过电位器来实现电位在 0~5V 的调节。通过 STC12C2052 单片机的 AD 模块将模拟信号转换成数字信号送到单片机内部处理。
8 e 20 s ，设采样周期为 T=10s，期望的闭 15s 1
6
计算机控制与接口技术课程设计 环传递函数的一阶惯性环节的时间常数为 10s。即 N=2，可以求出系统的期望的 闭环脉冲传递函数
(z ) 0.6321z-3 1 - 0.3679z 1
被控对象为纯滞后的一阶惯性环节
G(z )
3.8928z-3 1 - 0.5134z 1
因此系统的数字控制器的传递函数为
D(z )
即
0.1624 - 0.0834z-1 1 - 0.3679z 1 0.6321z 3
U (z ) 0.1624 - 0.7743z -1 - 0.2848z -2 - 0.0021z -3 - 0.4902z -4 ......
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： 计算机控制与接口技术课程设计 班 级： 自动化0902 班 学 号： 200904134064 姓 名： 指导教师： 二○一二 年 十二 月
三、课题分析
在这里要求使用单片机系统实现对单相交流电炉温度闭环控制。温度控制带 有显著的滞后性，传统的控制系统不能理想地满足控制性能指标，所以采用计算 机控制技术来实现较好的控制效果。由于控制任务单一，并且需要在控制电路中 用到 A/D 转换模块，所以这里采用 STC12C2052AD 系列的增加型 51 单片机来完 成控制目标。首先需要设计硬件电路，包括 51 单片机的最小系统、温度采集电 路、模拟的输入给定电路，实时温度数值显示电路和电炉的调温电路。还需要考 虑的是单片机系统的电源供应，这里由于涉及到了交流强电系统，所以直接用 220V 的交流电实现直流稳压电源。接着实现软件部分，考虑到温度的大滞后环 节，程序中采用大林算法。为了方便程序对算法的实现，直接采用 C 语言编程而
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
计算机控制课程设计报告设计题目：电阻炉温度控制系统设计年级专业： 09级测控技术与仪器姓名：武帆学号： P6*******任课教师：谢芳电阻炉温度控制系统设计0.前言随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，特别是微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，利用单片机来改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。
温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。
温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。
因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。
本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，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。
温度控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
采用单片机进行温度控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。
单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。
1.课程设计任务项目设计：电阻炉温度控制系统设计以在工业领域中应用较为广泛的电阻炉为被控对象，采用MCS—52单片机实现电阻炉温度计算机控制系统的设计，介绍电阻炉温度计算机控制系统的组成，并完成系统总体控制方案和达林算法控制器的设计，给出系统硬件原理框图和软件设计流程图等。
1.1电阻炉组成及其加热方式电阻炉是工业炉的一种，是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化元件或物料的热加工设备。
电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成，炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。
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;由于工艺不同，所要求的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，对控温精度要求不同，因而控制系统的组成也不相同。
电气控制系统包括主机与外围电路、仪表显示等。
辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，因炉种的不同而各异。
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。
1.2控制要求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:（1）采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度;（2）电炉额定功率为20 kW;（3）恒温正常工作温度为1000℃，控温精度为±1%;（4）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;（5）具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃;（6）具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。
二、系统总体设计根据题目要求,电热锅炉温度控制系统由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成。
采用比较流行的AT89S52作为电路的控制核心,使用8位的模数转换器AD0808进行数据转换,控制电路部分采用PWM通过AC-SSR实现锅炉温度的连续控制,此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。
系统总体框图如下。
2.1核心处理模块——单片机该部分的功能不仅包括向温度传感器写入各种控制命令、读取温度数据、数据处理，同时还要对执行单元进行控制。
单片机是整个系统的控制核心及数据处理核心。
选择单片机的理由：单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。
它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。
所以单片机在工业应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空间。
2.2温度信号采集与传感器本部分的主要作用是用传感器检测模拟环境中的温度信号，温度传感器上电流将随环境温度值线性变化。
再把电流信号转换成电压信号，使用A/D 转换器将模拟电压信号转换成单片机能够进行数据处理的数字电压信号，本设计采用的是数字温度传感器，以上过程都在温度传感器内部完成。
2.3人机交互及串口通信人机交换的目的是为了提高系统的可用性和实用性。
主要包括按键输入、输出显示。
通过按键输入完成系统参数设置，而输出显示则完成数据的显示和系统提示信息的输出，串口通信的主要功能是完成单片机与上位机的通信，便于进行温度数据统计，为将来系统功能的扩展做好基础工作。
2. 4控制执行单元是单片机的输出控制执行部分，根据单片机数据处理的结果，驱动继电器控制外部设备，可以达到超温报警及升温或者降温目的，使环境温度始终保持在一个范围之内。
根据温度变化慢,并且控制精度不易掌握的特点,我们设计了以AT89S52单片机为检测控制中心的电热锅炉温度自动控制系统。
温度控制采用改进的PID数字控制算法,显示采用8位LED动态显示。
三、硬件电路设计硬件电路如图所示：硬件系统主要由AT89S52单片机、温度采集、A／D 转换、键盘显示电路、报警等功能电路组成。
3.1、核心部分单片机AT89S52单片机为主控制单元。
AT89S52单片机首先根据炉温的给定值和测量值计算出温度偏差，然后进行PID控制并计算出相应的控制数据由P1．0口输出。
最后将P1．0口输出的控制数据送往光电耦合隔离器的输入端，利用PWM脉冲调制技术调整占空比，达到使炉温控制在某一设定温度。
AT89S52单片机还负责按键处理、温度显示以及与上位机进行通信等工作。
4位高亮度LED用于显示设定温度或实测温度。
3.2、温度采集转换模块温度采集电路主要由铂铑-铂热电偶LB-3。
LB-3热电偶可以在1300℃高温下长时间工作，满足常规处理工艺要求。
测温时，热电阻输出mV热电势，必须经过变送器变换成0-5V的标准信号。
本系统选用DWB型温度变送器，并将其直接安装在热电偶的接线盒内，构成一体化的温度变送器，不仅可以节省补偿导线，而且可以减少温度信号在传递过程中产生的失真和干扰。
电阻炉炉温信号是一种变换缓慢的信号。
这种信号在进行A/D转换时，对转换速度要求不高。
因此为了减低成本以及方便选材，可以选用廉价的、常用的A/D芯片ADC0809，ADC0809是一种逐次逼近式8路模拟输入、8为数字输出地A/D转换器件，转换时间为100us，完全满足系统设计的要求。
经过ADC0809转换所得到的实测炉温数据直接送入AT89S52单片机中进行数据处理。
此外，为了防止断偶或者炉温越限，产生热处理质量事故；同时为了提高温控系统的智能化控制性能，降低热处理操作人员的劳动强度，本系统特别设置了断偶或炉温越限自动报警电路。
在热处理生产过程中，当发生断偶或炉温越限等异常现象时，主控单元AT89S52单片机自动启动报警电路进行声、光报警，以便操作人员快速处理，防止炉内工件过热，破坏金属组织结构。
3.3、AC—SSR交流功率调节电路由输出来控制电炉,电炉可以近似建立为具有滞后性质的一阶惯性环节数学模型。
其传递函数形式为：其中时间常数T=350秒，放大系数K=50，滞后时间t=10秒。
为了避免交流接触器等机械触电因频繁通断产生电弧，烧坏触电或者干扰其他设备正常工作，本系统选用AC-SSR交流功率调节器作为PID控制系统的执行机构。
AT89S52单片机P1.0口输出的温度控制信号经过光电耦合器件隔离，送至过零检测电路。
过零检测电路产生脉冲控制AC-SSR调功电路。
当实测温度偏低时，单片机输出的控制信号使得双向可控硅的导通角减小，导通时间变短，加热器功率降低炉温适当降低。
通过控制输入到加热器平均功率的大小达到控制电阻炉炉温的目的。
控制执行部分的硬件电路如下图3.4键盘模块电路采用4×4矩阵键盘接单片机的P1口，然后实现对设定温度的修改，将它与实际温度进行对比，实现要求的功能。
矩阵键盘如下图3所示：3.5 A/D转换电路如图所示：3.6 变送电路XTR101为4~20mA线性化变送器，它可与镍络-镍硅测温传感器构成精密的T/I变换。
器件中的放大器适合很宽的测温范围，在-40℃~+85℃的工作温度内，传送电流的总误差不超过1%，供电电源可以从11.6V到40V,输入失调电压<±2.5mV，输入失调电流<20nA。
XTR101外形采用标准的14脚DIP 封装。
XTR101有如下两种应用于转换温度信号的典型电路：RCV420是一种精密电流/电压变换器，它能将4~20mA的环路电流变为0~5V的电压输出，并且具有可靠的性能和很低的成本。
除具有精密运放和电阻网络外，还集成有10V基准电源。
对环路电流由很好的变换能力。
具有-25℃~+85℃和0℃~70℃的工作温度范围，输入失调电压<1mA，总的变换误差<0.1%，电源电压范围±5~±18V。
RCV420的外形采用标准的16脚DIP封装。
它的典型应用如下：四、系统软件设计系统的软件由三大模块组成：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。
4.1 主程序模块主程序流程图4.2 功能实现模块以用来执行对可控硅及电炉的控制。
功能实现模块主要由A／D转换子程序、中断处理子程序、键盘处理子程序、显示子程序等部分组成。
该中断是单片机内部100ms定时中断,优先级设为最高,是最重要的子程序。
在该中断响应中,单片机要完成调用PID算法子程序且输出PID计算结果等功能。
其流程图如下:T0中断子程序4.2.2 T1中断子程序T1定时中断用于调制PWM信号，优先级低于T 0中断,其定时初值由PID 算法子程序提供的输出转化而来，T1中断响应的时间用于输出控制信号。