电阻炉温度控制系统设计

课程设计

2014 年1 月10 日

课程设计任务书

学生姓名：柳元辉专业班级：自动化1005

指导教师：刘小珠工作单位：自动化学院

题目：电阻炉温度控制系统设计

初始条件：

1.课程设计辅导资料：“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程控制仪

表及控制系统”、“过程控制系统”等；

2.先修课程：仪表与过程控制系统等。

3.主要涉及的知识点：

过程控制仪表、控制系统、被控过程等

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1.课程设计时间：1.5周；

2.课程设计内容：根据指导老师给定的题目，按规定选择其中1套完成；

本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。

3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：

①目录；

②摘要；

③生产工艺和控制原理介绍；

④控制参数和被控参数选择；

⑤控制仪表及技术参数；

⑥控制流程图及控制系统方框图；

⑦总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）；

⑧课程设计的心得体会（至少500字）；

⑨参考文献（不少于5篇）；

⑩其它必要内容等。

时间安排:

指导教师签名：2013 年12月27日系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

摘要 (1)

1 生产工艺和控制原理介绍 (2)

1.1 生产工艺. (2)

1.2 控制原理. (3)

2 控制方案设计 (5)

2.1 被控参数选择. (5)

2.2 控制变量选择. (5)

2.3 建立数学模型. (6)

2.4 调节器控制规律. (7)

2.5 仪表选择. (9)

2.6 控制系统框图. (9)

3 总结与展望 (10)

4 心得体会 (11)

参考文献 (12)

摘要

自动化技术在工业、农业、科技以及人们的日常生活中发挥着重要的作用，而过程控制通常是指连续生产的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分。

过程控制系统与仪表在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用。其应用范围覆盖石油、化工、制药、生物、医疗、水利、电力、冶金、轻工、纺织等许多领域。过程控制的主要任务是对生产过程的有关参数，如温度、压力等进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。在保证产品质量和生产安全的前提下，使连续生产过程自动地进行下去。

温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。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。因此，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，选择合适的芯片及控制算法是非常有必要的。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。

关键字：过程控制、有关参数、温度控制、电阻炉

电阻炉温度控制系统设计

1生产工艺和控制原理介绍

1.1生产工艺

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。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。因此，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，选择合适的芯片及控制算法是非常有必要的。

电阻炉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工件和物料的热加工设备。

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。电气控制系统包括电子线路、微机控制、仪表显示及电气部件等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，虽炉种的不同而已。但电阻炉的主要参数由额定电压、额定功率、额定温度、工作空间尺寸。生产率、空炉损耗功率、空炉升温时间、炉温控制精度及炉温均匀性等。

.电阻炉的热效率高。电阻炉不需要燃烧气体，没有因排除燃烧气体而产生的废气造成的热损失。炉膛室内热强度高，能达到较高的温度，因此能是高熔点金属得熔化。除此之外，能满足工件在各种工艺樊为中的要求，并使之成为可控。能用质量流量计对所控气氛进行检测。由保护气氛来保证炉内气氛的清洁。比如保护气氛改为真空，可以将炉内的残余气体抽走，保护气氛改为氢气，各种可随之运出。高纯度的氢气，气含氧量可小于O.lppm,气露点小于—70°C。能够满足工作空间温度场均匀分布和恒温的精度要求。比如在48小时内温度漂移±）.5 C。

整个工艺过程能用微机和智能化程序控制。有利于连锁保护，报警、防爆、数显、曲线记录。操作简单，寿命长，安全有保障。场所利用率大，噪声较稳定等特点。

在工业生产中，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的运行，提高产品的质量，减轻工人的劳动强度，同时节约能源，

须要求加热用的各种电炉在一定的条件下保持恒温，不能随电压的波动而变化•

或者有的电炉根据工艺要求按照某个指定的升温或保温律而变化，且超调量小或

者无超调量，稳定性好，不振荡。根据工艺的要求不同，大体上可以归纳为以下几个过程：（1）自由升温段，这一工艺过程要求执行元件向电阻炉输送最大能量，使加热炉全速升温到某一值，升温的时间和速度没有具体要求，这时单片机不需要进行控制工作，只需检测炉温。

（2）恒温段，这一工艺过程是温度控制的主要工艺过程，它要求控制系统保证炉温在各种干扰下能稳定在允许范围内。

（3）自由降温段，这一工艺过程中执行元件不再向炉子输送能量，让其自然冷却到某一温度，此时单片机只需监测炉温即可，有时甚至无须做任何工作。

电阻炉温度控制工艺曲线如图1-1所示。

图1-1 电阻炉温度控制的工艺曲线

1.2控制原理

电阻炉温度控制系统是闭合的反馈系统。温控系统主要由温度传感器、温度

调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成，其系统结构图如图1-2所示。被控制对象常常是大容量、大惯性的电热炉温度对象，是典型的多阶容积迟后特性, 在工程上往往近似为包含有纯滞后的二阶容积迟后。