电阻炉温度控制系统

计算机控制技术

课程设计

成绩评定表

设计课题：电阻炉温度控制系统

学院名称：电气工程学院

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：王黎

设计地点：中原路校区2号楼402

设计时间：2011.6.27～2011.7.03

指导教师意见：

成绩:

签名：年月日

计算机控制技术课程设计

课程设计名称：电阻炉温度控制系统

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

设计地点：中原路校区2号楼421

课程设计时间：2011.6.27～2011.7.03

计算机控制技术课程设计任务书

学生姓名专业班级学号

题目电阻炉温度控制系统

课题性质工程设计课题来源自拟课题指导教师王黎

主要内容

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。

任务要求

第1天：熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。

第2天：确定设计方案。要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。

第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。

第5天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确等。

主要参考资料

(1) 潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术.高等教育出社,2001

(2) 马修水，李晓林.传感器与检测技术.电子工业出版社,2008

（3）牛昱光，李晓林.单片机原理与接口技术. 电子工业出版社，2008

（4）马春燕.微机原理与接口技术.电子工业出版社,2007

审查意见

系（教研室）主任签字：

年月日

目录

1 引言 (4)

1.1 课题背景...................................... 错误!未定义书签。

1.2系统功能...................................... 错误!未定义书签。

2 总体方案设计 (4)

2.1设计任务...................................... 错误!未定义书签。

2.2工艺要求...................................... 错误!未定义书签。

2.3要求实现的系统基本功能........................ 错误!未定义书签。

2.4对象分析 (5)

3 硬件电路设计 (6)

3.1系统设备选型 (6)

3.1.1计算机机型 (6)

3.1.2设计支持计算机工作的外围电路 (6)

3.1.3设计输入输出通道 (7)

3.1.4元器件的选择 (8)

3.2数字控制器的设计 (8)

3.2.1控制算法 (8)

3.2.2计算过程 (9)

4 软件设计 ...................................... 错误!未定义书签。

4.1系统程序流程图............................... 错误!未定义书签。

5 总结 .......................................... 错误!未定义书签。参考文献 ....................................... 错误!未定义书签。附录系统原理图 .. (16)

1、引言

1.1 课题背景

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。

1.2 系统功能

计算机定时对炉温进行测量和控制一次，炉内温度是由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。

2、总体方案设计