电加热炉温度控制系统设计
加热炉温度控制系统设计
加热炉温度控制系统设计一、引言加热炉是一种常见的工业设备，用于将物体加热至一定温度。
在许多工业过程中，加热炉的温度控制至关重要，它直接影响到产品的质量和生产效率。
因此，设计一个稳定可靠的温度控制系统对于提高工业生产的效益十分重要。
本文将介绍一个基于控制理论的加热炉温度控制系统的设计。
二、控制系统设计原理1.温度传感器：温度传感器是测量加热炉内部温度的重要组成部分。
常用的温度传感器包括热电偶和热敏电阻。
传感器将温度信号转换为电信号，并将其发送给控制器。
2.控制器：控制器接收温度传感器发送的信号，并与设定值进行比较。
根据比较结果，控制器将控制信号发送给加热器以调整加热功率。
控制器通常使用PID控制算法，它根据偏差、积分和微分项来计算控制信号。
3.加热器：加热器是加热炉温度控制系统中的执行器。
根据控制信号，加热器可以调整加热功率，从而控制加热炉的温度。
三、温度传感器选择温度传感器的选择对于温度控制系统的性能至关重要。
常见的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
在选择传感器时需要考虑以下因素：1.测量范围：根据加热炉的工作温度范围选择合适的传感器。
不同的传感器有不同的工作温度范围。
2.精度：传感器的精度对于控制系统的准确性非常重要。
一般来说，热电偶的精度比热敏电阻高。
3.响应时间：加热炉温度的变化通常需要快速响应。
因此，传感器的响应时间也是一个重要的考虑因素。
四、控制器设计1.控制算法选择：常见的控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
PID控制算法结合了这三种控制算法，被广泛应用于温度控制系统。
2. 参数调节：根据具体的应用场景和系统性能要求，需要对PID控制器进行参数调节。
常见的调节方法有Ziegler-Nichols方法和临时增减法。
3.控制信号输出：控制信号输出给加热器，影响加热功率。
一般来说，控制信号越大，加热功率越高，温度升高的速度越快。
五、系统测试和优化完成控制系统的设计后，需要进行系统测试和优化。
基于PLC控制的加热炉温度控制系统设计
基于PLC控制的加热炉温度控制系统设计概述加热炉是工业生产中常见的设备之一，其主要作用是提供高温环境用于加热物体。
为了确保加热炉的稳定性和安全性，需要设计一个可靠的温度控制系统。
本文将介绍一个基于PLC（可编程逻辑控制器）控制的加热炉温度控制系统设计方案。
系统设计原理在加热炉温度控制系统中，PLC作为核心控制器，通过监测温度传感器的输出信号，根据预设的温度设定值和控制策略，控制加热炉的加热功率，从而实现对加热炉温度的稳定控制。
以下是系统设计的主要步骤：1.硬件设备选择：选择适合的温度传感器和控制元件，如热电偶、温度控制继电器等。
2.PLC选型：根据实际需求，选择合适的PLC型号。
PLC需要具备足够的输入输出点数和计算能力。
3.传感器连接：将温度传感器接入PLC的输入端口，读取实时温度数据。
4.温度控制策略设计：根据加热炉的特性和工艺需求，设计合适的温度控制策略。
常见的控制策略包括比例控制、积分控制和微分控制。
5.控制算法实现：根据温度控制策略，编写PLC程序，在每个采样周期内计算控制算法的输出值。
6.加热功率控制：使用控制继电器或可调功率装置，控制加热炉的加热功率。
7.温度反馈控制：通过监测实际加热炉温度和设定值之间的差异，不断修正加热功率控制，使加热炉温度稳定在设定值附近。
系统硬件设计基于PLC控制的加热炉温度控制系统的硬件设计主要包括以下几个方面：1.温度传感器：常用的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
根据加热炉的工艺需求和温度范围，选择适合的温度传感器。
2.PLC：选择适合的PLC型号，根据实际需求确定PLC的输入输出点数和计算能力。
3.控制继电器或可调功率装置：用于控制加热炉的加热功率。
根据加热炉的功率需求和控制方式，选择合适的继电器或可调功率装置。
4.运行指示灯和报警器：用于显示系统的运行状态和报警信息。
PLC程序设计PLC程序是基于PLC的加热炉温度控制系统的关键部分，其主要功能是实现温度控制算法。
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。
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。
基于单片机的电加热炉温度控制系统设计
基于单片机的电加热炉温度控制系统设计一、概述电加热炉温度控制系统是一种常见的自动化控制系统。
它通过控制加热元件的加热功率来维持加热炉内的温度，从而实现对加热过程的精确控制。
本文将介绍一种基于单片机的电加热炉温度控制系统的设计。
二、系统设计1. 硬件设计本系统采用单片机作为控制核心，传感器检测加热炉内的温度，并将数据反馈给单片机进行处理。
通过触摸屏交互界面，用户可以设定希望维持的温度值，单片机将控制加热元件的加热功率，以实现温度的稳定控制。
2. 软件设计单片机程序主要分为三个部分：（1）传感器数据采集和处理，通过定时器进行数据的采样，然后通过计算分析实现温度值的读取。
（2）温度控制，设定一个目标温度值后，单片机通过PID算法来控制加热元件的加热功率，保持温度的稳定。
（3）交互界面的设计，实现用户与系统的交互，包括设定目标温度值和实时温度显示等。
三、系统优势相对于传统的手动控制方式，本系统具有以下优势：（1）精度高，通过PID算法，可以实现对温度的精确控制，大大提高了生产效率。
（2）舒适度高，传统的手动控制方式需要人员长时间待在生产车间，而本系统的自动化控制方式，可以让人员远离高温环境。
（3）可靠性高，系统精度高，响应迅速，可以有效减少因为控制失误带来的损失。
四、结论本系统的设计基于单片机实现电加热炉温度的精确控制。
相对于传统的手动控制方式，具有精度高、舒适度高和可靠性高等优势。
在未来的生产过程中，随着物联网的发展，本系统也可以进行联网控制，实现对设备的远程控制和监控，提高设备的效率和安全性。
基于PLC控制的加热炉温度控制系统设计
基于PLC控制的加热炉温度控制系统设计加热炉温度控制系统设计的主要目的是确保加热炉内的温度能够稳定地控制在设定温度范围内，以满足生产工艺的要求。
在该系统中，采用了PLC控制器作为主要控制设备，通过控制加热元件的加热功率，实现温度的控制和稳定。
系统硬件设计部分：1.传感器选择：温度传感器是系统中最重要的硬件部分之一、根据实际需求，可选择热电偶、热敏电阻或红外线无接触温度传感器等。
同时，加热炉的材质和工作温度范围也需要考虑在内，以保证传感器的稳定性和耐高温性能。
2.控制器选择：采用PLC控制器作为主要控制设备，有较好的可编程性和灵活性，可根据实际需求进行编程，实现各种温度控制算法。
此外，PLC还可以通过其输入输出接口与其他设备进行通信，实现数据交换和协同控制。
3.加热元件选择：加热炉中常用的加热元件有电热器和电阻丝。
选择合适的加热元件需要考虑炉内的加热效果、功率调节范围、炉内均匀性等因素，以确保能够满足工艺要求。
系统软件设计部分：1.温度控制算法：根据实际需求，可以选择PID控制算法或者模糊控制算法等。
PID控制算法通过对比实际温度值和设定温度值，计算控制器输出，并通过加热元件的控制来调节温度。
模糊控制算法则根据温度误差和误差变化率的模糊逻辑关系，计算控制器输出。
2.界面设计：PLC控制器通常配备了显示屏或者触摸屏界面，可通过界面对系统进行监控和操作。
界面设计需要直观、简明，并能够实时显示和记录温度的变化情况，以便运维人员进行监测和调整。
3.安全保护功能：在系统设计中应考虑温度过高或过低的情况，设置相应的安全保护功能。
例如，当温度超出设定范围时，系统应自动停止加热元件的供电，并产生警告信号，以避免发生安全事故。
总结：基于PLC控制的加热炉温度控制系统设计需要综合考虑硬件和软件两方面因素。
通过合理选择传感器、控制器和加热元件，并设计合适的温度控制算法和安全保护功能，可以实现对加热炉温度的准确控制和稳定性，提高生产工艺的效率和品质。
电加热炉温度控制系统设计
（发布日期：-6-10）电加热炉随着科学技术旳发展和工业生产水平旳提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重旳地位。
对于这样一种具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点旳控制对象，很难用数学措施建立精确旳数学模型，因此用老式旳控制理论和措施很难达到好旳控制效果。
单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制以便简朴和灵活性大等长处，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。
采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。
1 前言在人类旳生活环境中，温度扮演着极其重要旳角色。
温度是工业生产中常用旳工艺参数之一，任何物理变化和化学反映过程都与温度密切有关，因此温度控制是生产自动化旳重要任务。
对于不同生产状况和工艺规定下旳温度控制，所采用旳加热方式，燃料，控制方案也有所不同。
无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。
自18世纪工业革命以来，工业发展对与否能掌握温度有着绝对旳联系。
在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%旳工业部门都不得不考虑着温度旳因素。
在现代化旳工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用旳重要被控参数。
例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热解决炉、反映炉和锅炉中旳温度进行检测和控制。
从市场角度看[1]，如果国内旳大中型公司将温度控制系统引入生产，可以减少消耗，控制成本，从而提高生产效率。
嵌入式温度控制系统符合国家提出旳“节能减排”旳要求，符合国家经济发展政策，具有十分广阔旳市场前景。
现今，应用比较成熟旳如电力脱硫设备中，主控制器在主蒸汽温度控制系统中旳应用，已经达到了世界迈进水平。
如今，在微电子行业中。
温度控制系统也越来越重要，如单晶炉、神经网络系统旳控制。
因此。
温度控制系统经济前景非常广泛，国内旳高新精尖行业研究其应用旳意义更是更加重大。
电加热炉温度自动控制系统
电加热炉温度自动控制系统一、任务设计并制作一个温度自动控制系统，控制电加热炉的温度在某一温度范围。
系统的示意图如图1所示。
电加热炉顶部置入深度不一的两温度传感器，用于检测加热炉内的温度，炉内温度取其平均值；单片机通过键盘对加热炉的温度进行设定。
根据炉内温度与设定温度值的差别程度，有不同的提示信号。
炉内的温度和当前设定温度通过显示设备实时显示。
图1 温度自动控制系统示意图二、要求⒈基本要求（1）温度可调节范围为60℃～200℃，最小设定分度为1℃。
（2）温度显示功能，分辨率为0.1℃。
（3）当温度达到某一设定值并稳定后，炉内温度的波动控制在±2℃以内。
要求温度调控未达到和达到稳定状态，均给出声或光提示信号。
（4）当设定的调节温差为15℃时, 要求达到稳定状态的调节时间小于等于2分钟，稳定状态下的温度波动在±2℃以内。
⒉发挥部分（1）当温度达到某一设定值并稳定后，、炉内温度的波动控制在±1℃以内。
（2）当设定的调节温差为15℃时, 尽量减少达到稳定状态的调节时间，并要求超调量不超过3℃，稳定状态下的温度波动在±1℃以内。
（3）能记录并实时显示温度调节过程的曲线, 显示的误差绝对值小于2℃。
（4）其他。
三、说明（1）炉内温度检测采用具有温度测量功能的数字万用表（测评时自带）。
（2）当温度达到稳定状态的提示信号出现后立即检测调控的温度值，每次检测时间延续60s，以记录温度波动的最大值。
（3）设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。
完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。
（C3）智能窗系统一、任务对下雨等情况进行自我监测，并自动控制窗户关闭。
当室内烟雾、可燃性气体超过指标时可自动开启窗户，通风换气。
二、要求⒈基本要求1）防盗报警功能如果有人要强行从窗户进入室内，智能窗便会用喇叭播放“捉贼啦，在*单元*号”，连续播放5分钟。
2）防毒报警功能室内的煤气、天然气等可燃气体或烟雾的浓度超标时，智能窗便会报警，并开启窗户，启动排风扇，让有毒气体散发到室外，可有效防止中毒或火灾事故的发生，确保室内空气清新，身体不受伤害。
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。
7.系统安全与优化温度控制系统应考虑到系统的安全性和优化性能。
安全性包括对系统故障的检测和处理，例如传感器异常、控制器故障等；优化性能包括对温度变化的快速响应和精确控制，例如减小温度波动、提高温度稳定性等。
8.结论本文基于电加热炉温度控制系统设计原理和方法进行了综合考虑，针对不同的温度控制要求给出了相应的解决方案。
电加热炉温度控制系统设计
电加热炉温度控制系统设计电加热炉是一种广泛应用于工业生产中的设备，用于加热各种材料或工件。
电加热炉的温度控制是保证炉内温度稳定和精确的关键，对于生产质量和设备寿命有重要影响。
本文将介绍电加热炉温度控制系统的设计。
首先，电加热炉温度控制系统的设计需要考虑以下几个方面：1.温度传感器：选择合适的温度传感器用于测量炉内温度，如热电偶或热电阻。
传感器需要能够对温度进行准确测量，并具有较高的可靠性和耐高温性能。
2.控制算法：根据温度传感器的反馈信号，控制算法计算控制信号以调节炉内加热功率。
最常用的控制算法是PID控制算法，它根据温度偏差、偏差变化率和偏差累积进行控制信号计算，以实现温度的稳定控制。
3.控制器：选择合适的控制器用于执行控制算法并输出控制信号。
控制器需要具有快速的计算能力和稳定的控制性能。
常见的控制器类型包括单片机、PLC和工业控制计算机。
4.加热装置：选择合适的加热装置用于向电加热炉提供能量。
常见的加热装置包括电阻丝、电加热器和感应加热器。
加热装置需要能够根据控制信号调节加热功率，并具有可靠的性能。
5.温度控制系统的安全保护：设计温度控制系统需要考虑安全保护措施，以防止温度过高造成设备事故和人身伤害。
常见的安全保护措施包括过温保护、短路保护和漏电保护等。
在电加热炉温度控制系统的设计过程中，需要进行系统建模和参数调节。
系统建模是将电加热炉、加热装置和温度传感器等组成部分抽象为数学模型，以进行控制算法的设计和仿真验证。
参数调节是根据实际工艺要求对控制算法参数进行调整，以达到良好的控制性能。
最后，电加热炉温度控制系统的设计需要考虑实际应用情况和要求。
不同的工艺要求和生产环境可能需要不同的控制精度和性能需求，因此需要根据实际情况进行设计定制。
在总结上述内容后，设计电加热炉温度控制系统需要考虑温度传感器、控制算法、控制器、加热装置和安全保护等方面。
系统建模和参数调节是设计过程中的关键步骤。
根据实际应用情况和要求进行设计定制，以实现温度的稳定和精确控制。
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，实现对温度的自适应控制。
自适应控制算法常见的有模型参考自适应控制、最小均方自适应控制等。
三、总结电加热炉温度控制系统模型的建立包括电加热元件、温度传感器、控制器和反馈装置四个主要组成部分。
常用的控制算法有PID控制算法、模糊控制算法和自适应控制算法。
通过合理选择控制系统的组成部分和控制算法，并根据实际需求进行参数调整和优化，可以有效实现对电加热炉温度的稳定控制。
电加热炉温度控制系统设计开题报告
5.系统硬件印刷电路图1份；
6.中英文翻译材料（3000字）各1份；
7.答辩演示文稿1份；
8.程序指令表1份；
9.软件清单
六、其他有关问题或保障机制：
指导教师意见
指导教师签名：月 日
系意见
系主任签名： 月 日
学院意见
院长签名： 月 日
注:可另加附页(文字格式:宋体、小四号、1.5倍行距)
办公用品领用记录
序号物品名称Fra bibliotek领用部门领用数量
领用时间
领用人签名
备注
实现温控系统的参数自调整 ,需要将线性控制与非线性相结合, 使温度能满足用户的需要是温控系统的最终目的。在实际应用中 ,应该根据具体的应用场合、不同的加热对象和所要求的控制曲线和控制精度,选择不同的系统方法。
三、本课题研究的基本内容和方法：
课题内容：电加热炉温度控制系统进行硬件方案设计，并用组态软件实现对加热反应炉的可视化监控，并进行模拟仿真
课题实现方法：
以AT89C51单片机为核心控制器件，以MAX6675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炉微型计算机温度控制系统。
一﹑电炉炉温控制系统硬件框图：
二﹑系统功能模块图
三﹑总体流程图：
四、课题研究的步骤及进度安排：
广东白云学院
毕业设计(论文)开题报告
题目：电加热炉温度控制系统设计
课 题 类型：论文□设计■
学 生 姓 名：王铭堃
学 号：0803040102
班 级：08自动化（数控技术）
专业（全称）：自动化（数控技术）
指 导 教 师：曾贵娥
课程设计基于PLC的电加热炉温度控制系统设计
第一章绪论1.1选题背景及意义加热炉是利用电能来产生蒸汽或热水的装置。
因为其效率高、无污染、自动化程度高，稳定性好的优点，冶金、机械、化工等各类工业生产过程中广泛使用电加热炉对温度进行控制。
而传统的加热炉普遍采用继电器控制。
由于继电器控制系统中，线路庞杂，故障查找和排除都相对困难，而且花费大量时间，影响工业生产。
随着计算机技术的发展，传统继电器控制系统势必被PLC所取代。
二十世纪七十年代后期，伴随着微电子技术和计算机技术的快速发展，也使得PLC 具有了计算机的功能，成为了一种以电子计算机为核心的工业控制装置，在温度控制领域可以让控制系统变得更高效，稳定且维护方便。
在过去的几十年里至今，PID控制已在工业控制中得到了广泛的应用。
在工业自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）中位居第一。
由于其原理简单、使用方便、适应能力强，在工业过程控制中95%甚至以上的控制回路都采用了PID结构。
虽然后来也出现了很多不同新的算法，但PID仍旧是最普遍的规律。
1.2国内外研究现状及发展趋势一些先进国家在二十世纪七十年代后期到八十年代初期就开始研发电热锅炉，中国到八十年代中期才开始起步，对电加热炉的生产过程进行计算机控制的研究。
直到九十年代中期，不少企业才开始应用计算机控制的连续加热炉，可以说发展缓慢，而且对于国内的温度控制器，总体发展水平仍不高，不少企业还相当落后。
与欧美、日本，德国等先进国家相比，其差距较大。
目前我国的产品主要以“点位”控制和常规PID为主，只能处理一些简单的温度控制。
对于一些过程复杂的，时变温度系统的场合往往束手无策。
而相对于一些技术领先的国家，他们生产出了一批能够适应于大惯性、大滞后、过程复杂，参数时变的温度控制系统。
并且普遍采用自适应控制、模糊控制及计算机技术。
近年来，伴随着科学技术的不断快速发展，计算机技术的进步和检测设备及性能的不断提升，人工智能理论的实用化。
因此，高精度、智能化、人性化必然是国内外必然的发展趋势。
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1. 本文概述随着现代工业的快速发展，电加热炉在许多工业生产领域扮演着至关重要的角色。
电加热炉的温度控制系统，作为其核心部分，直接关系到生产效率和产品质量。
本文旨在设计并实现一种高效、精确的电加热炉温度控制系统，以满足现代工业生产中对温度控制精度和稳定性的高要求。
本文首先对电加热炉温度控制系统的需求进行了详细分析，明确了系统设计的目标和性能指标。
接着，本文对现有的温度控制技术进行了全面的综述，包括传统的PID控制方法以及先进的智能控制策略。
在此基础上，本文提出了一种结合PID控制和模糊逻辑控制的新型温度控制策略，以实现更优的控制效果。
本文还详细阐述了系统的硬件设计和软件实现。
在硬件设计方面，本文选择了适合的传感器、执行器和控制器，并设计了相应的电路和保护措施。
在软件实现方面，本文详细描述了控制算法的实现过程，包括数据采集、处理、控制决策和输出控制信号等环节。
本文通过实验验证了所设计温度控制系统的性能。
实验结果表明，本文提出的温度控制系统能够实现快速、准确的温度控制，且具有较好的鲁棒性和稳定性，能够满足实际工业生产的需求。
本文从理论分析到实际设计，全面探讨了一种适用于电加热炉的温度控制系统的设计方法。
通过结合传统和先进的控制技术，本文提出了一种高效、稳定的温度控制策略，为提高电加热炉的温度控制性能提供了新的思路和实践参考。
2. 电加热炉的基本原理与构造电加热炉作为一种高效、清洁且精准的热能产生设备，其工作原理基于电磁感应和电阻加热两种基本方式，而构造则包括电源系统、加热元件、温控系统、隔热保温结构以及安全防护装置等关键组成部分。
电磁感应加热：在特定类型的电加热炉中，尤其是应用于金属工件加热的场合，电磁感应加热原理占据主导地位。
这种加热方式利用高频交流电通过感应线圈产生交变磁场，当金属工件置于该磁场中时，由于电磁感应现象，会在工件内部产生涡电流（又称涡流）。
涡电流在工件内部形成闭合回路，并依据焦耳定律产生热量，即电流通过电阻时产生的热效应。
电加热炉温度控制系统设计方案
电加热炉温度控制系统设计方案1.系统概述2.系统组成2.1温度传感器：用于实时感知炉内温度，并将温度信号转换成电信号进行采集。
2.2控制器：负责对温度信号进行处理和判断，并生成相应的控制信号。
2.3加热功率调节器：根据控制信号调整电加热炉的加热功率。
2.4人机界面：为操作人员提供温度设定、显示和报警等功能。
2.5电源和电路保护装置：为电加热炉提供稳定的电源和安全的电路保护。
3.控制原理电加热炉温度控制系统采用了闭环控制的原理，即通过与实际温度进行比较，调整加热功率来实现温度的控制。
控制器根据实际温度和设定温度之间的偏差，产生相应的控制信号，通过加热功率调节器对电加热炉的加热功率进行调整，使实际温度逐渐接近设定温度，并保持在一定范围内。
4.系统算法4.1温度传感器采集到的温度信号经过模数转换，转换成数字信号输入到控制器。
4.2控制器对传感器采集到的温度信号进行处理和判断，计算出温度偏差。
4.3控制器根据温度偏差通过PID控制算法产生相应的控制信号，控制信号的大小决定了加热功率的调整幅度。
4.4控制信号经过加热功率调节器进行放大和整流，并驱动电加热炉进行相应的加热功率调整。
4.5加热功率调整会导致炉内温度变化，温度变化会反过来影响温度传感器采集到的温度信号，形成一个闭环控制的循环过程。
5.人机界面5.1人机界面通过触摸屏或按钮等形式，提供温度设定、显示和报警等功能。
5.2操作人员可以通过人机界面设置所需的温度设定值。
5.3人机界面会显示当前的实际温度，并根据温度偏差的大小显示相应的报警信号。
5.4人机界面可以设定温度上下限，当温度超出设定范围时自动报警。
6.电源和电路保护装置6.1在电加热炉温度控制系统中，电源提供稳定的电压和电流给电路运行。
6.2为了确保系统的安全运行，在电路中设置过流保护、过压保护、欠压保护等电路保护装置。
6.3当发生过流、过压或欠压等异常情况时，电路保护装置会立即切断电源，以保护电路和设备的安全。
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武汉华夏理工学院信息工程课程设计报告书课程名称计算机控制技术课程设计课程设计总评成绩学生姓名、学号自动化学生专业班级1142指导李文彦教师姓名课程设计起止日期2017.06.12-2016-6.23课程设计基本要求课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。
课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学水平的重要依据。
为了加强课程设计教学管理，提高课程设计教学质量，特拟定如下基本要求。
1.课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项目设计结果分析、答辩等4个环节，每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩。
2.课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突出学生实践能力、设计能力和创新能力的培养；该项目有一定的实用性，且学生通过努力在规定的时间内是可以完成的。
课程设计项目名称、目的及技术要求记录于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占10%左右。
3.项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定最佳方案，实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图。
项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案的正确性、可行性和创新性，考核成绩占30%左右。
4.项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试性能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。
项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右。
5.学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培养自己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分和理解能力。
文献阅读摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占10%左右。
6.答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提出2～3个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能掌握的程度，以及对问题的理解、分析和判断能力。
答辩考核成绩占25%左右。
7.学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计报告书交给课程设计指导教师评阅。
课程设计指导教师应认真指导学生课程设计全过程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、良好、中等、及格、不及格）总评成绩。
8.课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料，应按课程、班级集成存档交实验室统一管理。
．课程设计任务书（八）学生姓名：专业班级：自动化1142指导教师：李文彦工作单位：信息工程系题目:电加热炉温度控制系统设计（一）初始条件：1、设计一个单片机电阻炉温度控制系统，控制对象为电阻加热炉功率为eK（Gs?）制热阻丝两端所加的电压大小，来改变s-8KW，220V交流电源供电，利用大功率可控硅控制器控1sT?d d?流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。
温度范围50-350℃，控制精度为±1℃，通过LED显示温度，其对象温控数学模型为：其中Td＝350秒，Kd＝50，τ=10秒。
要求完成的主要任务:1、硬件设计：设计系统总体电路，设计输入通道及输出通道，分析的工作原理；2、软件设计：设计系统的总体程序程图，编写PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T；编写显示程序；3、采用PID算法，通过数据分析Kp改变时对系统超调量的影响；在MATLAB/SIMULINK上对控制算法进行仿真；4、仿真并调试设计的部分硬件电路和软件程序；5、完成符合要求的课程设计说明书；6、课程设计说明书要求：引言、设计要求、系统结构设计、原理分析、各个模块的设计与仿真、软件设计、调试过程、收获、体会及总结、参考文献、电路图和源程序。
说明书使用A4打印纸计算机打印或手写，用Protel等绘图软件绘制电子线路图纸。
时间安排：第1～2天下达课程设计任务书和日程安排，根据任务书查找资料；第3-4天完成方案论证比较，设计系统的总体结构；第4～5天详细设计系统的各部分的硬件电路；第6～7天详细总体软件及各部分的程序流程，完成程序的编写第7～8天仿真并调试设计的部分硬件电路和软件程序；结果分析整理、撰写课程设计报告，验收和答辩。
天10～9第指导教师签名：年月日一、课程设计项目名称电加热炉温度控制系统设计（一）二、项目设计目的及技术要求1、硬件设计：用51单片机设计系统总体电路，设计输入通道及输出通道，分析的工作原理；2、软件设计：设计系统的总体程序程图，编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及β的值；编写显示程序；3、采用PID算法，通过数据分析Kp改变时对系统超调量的影响；在MATLAB/SIMULINK上对控制算法进行仿真；4、仿真并调试设计的部分硬件电路和软件程序；5、完成符合要求的课程设计说明书；6、课程设计说明书要求：引言、设计要求、系统结构设计、原理分析、各个模块的设计与仿真、软件设计、调试过程、收获、体会及总结、参考文献、电路图和源程序。
说明书使用A4打等绘图软件绘制电子线路图纸。
Protues印纸计算机打印或手写，用．i?e?(e?e)]?uT T0i1ji?d?e?K[u TT ip?i j?0(3-3)计算，如果采样取得足够小，这种逼近可相当准确，被控过程与连续过程十分接近。
我们变换上式(3-3)得：2]?eIe?D[?u?u?K?e?u?u iipi1i1ii?????(3-4)3-4）得：-1带人上式（ei-1,△2ei=△ei-△ei把△ei=ei-u?u?K[(e?e)?I e?D(e?2e?e)]2?i?iii?1i?i?i1?1p?(3-5)式中ei=W—Yi，W为设定值，Yi为第i次实际输出值，Kp为比例系数，积分系数I=T/Ti，微分系数D=Td/T，T为采样周期，以(3-5)式来编程比较方便。
用PID控制算法实现温度控制是这样一个反馈过程：比较实际温度和设定炉温得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号，再去调节电加热炉的加热功率，从而实现对炉温的控制，由于电阻炉一般都是下一阶段对象和带纯滞后的一阶对象，所以式中Kp、Kd和Ki的选择取决于电阻炉的响应特性和实际经验。
本程序先将用户设定温度和锅炉实际温度T比较，计算出偏差ei，然后分两种情况进行计算控制变量：1．ei大于等于设定的偏差e时，由于积分控制器使系统响应速度变慢，不采用积分控制器调节，直接使用PD调节，获得比较快的动态响应，计算Pd和Pp，最终得到控制量获得比较快的动态响应。
2．ei小于设定的设定的偏差e时，正常的分别计算Pi、Pd和Pp，然后根据算法公式计算出控制变量。
3.2总体方案设计与原理分析由于温度控制系统的控制对象具有惯性大，连续性的特点。
因而可以归于具有纯滞后的一阶大惯性环节。
一般来说，热过程大多具有较大的滞后，它对任何信号的响应都会推迟一段时间，使输出与输入之间产生相移。
对于这样一些存在大的滞后特性的过渡过程控制，一般来说可以采用以下几种控制方案：3.2.1．输出开关量控制对于惯性较大的过程可以简单地采用输出开关量控制的方法。
这种方法通过比较给定值与被控参数的偏差来控制输出的状态：开关或者通断，因此控制过程十分简单，也容易实现。
但由于输出控制量只有两种状态，使被控参数在两个方向上变化的速率均为最大，因此容易引起反馈回路产生振荡，对自动控制系统会产生十分不利的影响，甚至会因为输出开关的频繁动作而不能满足系统对控制精度的要求。
因此，这种控制方案一般在大惯性系统对控制精度和动态特性要求不高的情况下采用。
3.2.2．比例控制（P控制）比例控制的特点是控制器的输出与偏差成比例，输出量的大小与偏差之间有对应关系。
当负荷变化时，抗干扰能力强，过渡时间短，但过程始终存在余差。
因此它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、允许被控量在一定范围内变化的系统。
使用时还应注意经过一段时间后需将累积误差消除。
3.2.3．比例积分控制（PI控制）由于比例积分控制的特点是控制器的输出与偏差的积分成比例，积分的作用使得过渡过程结束时无余差，但系统的稳定性降低。
虽然加大比例度可以使稳定性提高，但又使过渡时间加长。
因此，PI控制适用于滞后较小、负荷变化不大、被控量不允许有余差的控制系统，它是工程上使用最多、应用最广的一种控制方法。
3.2.4．比例积分加微分控制（PID控制）比例积分加微分控制的特点是微分的作用使控制器的输出与偏差变化的速度成正比例,它对克服对象的容量滞后有显著的效果。
在比例基础上加上微分作用，使稳定性提高，再加上积分作用，可以消除余差。
因此，PID控制适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又很高的控制系统。
结合本例题设计任务与要求，由于温度系统的传递函数事先难以精确获得，因而很难判断哪一种控制方法能够满足系统对控制品质的要求。
但从以上对控制方法的分析来看，PID控制方法最适合本例采用。
另一方面，由于可以采用单片机实现控制过程，无论采用上述哪一种控制方法都不会增加系统硬件成本，而只需对软件作相应改变即可实现不同的控制方案。
因此本系统可以采用PID的控制方式，以最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。
硬件电路设计与分析3.3．图3-2单片机仿真2、数据转换与采集模块A/D0808AD0808是CMOS的8位模/数转换器，采用逐次逼近原理进行A/D转换，芯片内有模拟多路转换开关和A/D转换两大部分，可对8路0～5V的输入模拟电压信号分时进行转换。
模拟多路开关由8路模拟开关和3位地址锁存译码器组成，可选通8路模拟输入中的任何一路，地址锁存信号ALE将3位地址信号ADDA、ADDB、ADDC进行锁存，然后由译码电路选通其中的一路，被电阻网络、256R、）SAR转换部分包括比较器、逐次逼近寄存器（A/D转换。
A/D选中的通道进行树状电子开关、控制与时序电路等。
另外ADC0809输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到CPU数据总线上。
实时温度经过传感器的检测并通过变送器将其转换成模拟的电压信号，而A/D0808则用来采集电压信号并将其转换为数字信号存储在单片机中，以便后续对数据的处理。
其硬件仿真图如图3-3所示。
图3-3A/D0808仿真图3、按键选择模块系统采用了两个按键用来进行温度的设定，一个进行温度加，一个进行温度减。
每按下一次，温度就相应的加一或减一。
按照设计要求，温度的设定范围为50-150度，其仿真如图3-4所示。