电阻加热炉温度控制系统

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1、沈阳工业大学微型计算机控制技术课程设计（论文）题目：电阻加热炉温度控制系统院（系）：继续教育学院专业班级：电本1002学号：101310204学生姓名：宋俊杰指导教师：张扬　　　起止时间：2012.6.8—2012.6.202课程设计（论文）任务及评语院（系）：继续教育学院学号101310203学生姓名宋俊杰专业班级电本1002课程设计（论文）题目电阻加热炉温度控制系统课程设计（论文）任务控制要求：通过检测电阻加热炉的温度，根据采样值与系统给定值进行比较，并经过PID运算，控制输出电加热炉端电压，实现电阻加热炉的温度自动调节。设计中温度控制值800℃；温度的ε±5℃，调

2、节温度在控制值范围之内。检测对象：温度检测4点，检测范围是0℃～1000℃；检测精度为±1℃。控制对象：电加热炉端电压，模拟量调节。设计要求：1.根据课程设计的内容及技术参数，确定控制系统的形式，选择数字控制器（单片机、PLC、PC机）；确定系统控制方案和组成，并绘制系统的控制框图。2.根据控制系统的需要和技术参数，自行设计输入、输出通道（包括元器件选择）3.设计控制系统软件，绘出程序流程图。①数据采集及数据处理程序流程图设计；②控制算法程序流程图设计；③控制量输出程序流程图设计。温度控制采用PID增量式控制算法；并编写控制系统的部分软件。指导教师评语及成绩成绩：指导教

3、师签字：年月日2目录第1章设计的方案11.1概述11.2系统组成总体结构1第2章硬件设计22.1模拟量输入通道设计22.2模拟量输出通道的设计3第3章软件设计53.1PID控制算法53.2软件流程图设计5第4章课程设计总结7参考文献8附页A：程序清单92辽宁工业大学课程设计说明书（论文）第1章设计的方案1.1概述电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。传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，

4、效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产。随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于计算机技术所取代。单片机优异的性能使温度控制系统变的经济高效稳定且维护方便。这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意义。1.2系统组成总体结构　　根据系统的控制要求，检测电阻加热炉的温度，并与系统给定值进行比较，实现电阻加热炉的温度自动调节，本系统的控制方案选用直接数字控制系统，系统总体框图如图1.1所示。图1.1系统总体结构框图11辽宁工业大学课程设计说明书（论文）第2章硬件设计2.1模拟量输入通道设计由于温度检测点为4点，所示需要一个多路模拟选择开关CD40

5、52。温度信号变化比较缓慢，不需要采样保持器可直接送到集成K型热电偶变换器MAX6675。模拟量输入通道结构图如图2.1所示。图2.1模拟量输入通道框图1.温度检测单元K型热电是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=90：10，负极（KN）的名义化学成分为：Ni：Si=97：3，其使用温度为-200～1300℃。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中，广泛为用户所采用。2.多路选择开关由于本系统要求检测4点温度值，为了减少系统成本，

6、检测通道采用多个通路共用一个MAX6675的形式，为此需要加入一个多路转换器CD4052。CD4052是一个双4选1的多路模拟选择开关，其使用真值表如表1所示。表1CD4052真值表INHBA0000X/0Y0011X/1Y0102X/2Y0113X/3Y1XX11辽宁工业大学课程设计说明书（论文）3.热电偶变换器MAX6675本系统要求温度检测范围是0℃～1000℃，检测精度为±1℃，所选A/D转换器的位数n应满足式(2.1.1)≥1000（2.1.1）即n≥10，且n为整数。根据以上参数及所使用的传感器为K型热电偶，本系统选择的MAX6675能够满足要求。MAX66

7、75是具有冷端补偿和A/D转换功能的单片集成Ｋ型热电偶变换器，测温范围0℃～1023℃，主要功能特点为：直接将热电偶信号转换为数字信号、具有冷端补偿功能、简单的SPI串行接口与单片机通讯、12位A/D转换器、0.25℃分辨率、单一+5V的电源电压、热电偶断线检测、工作温度范围-20℃～+85℃。MAX6675采用标准的SPI串行外设总线与单片机接口。MAX6675从SPI串行接口输出数据的过程如下：单片机使CS置为低电平，并提供时钟信号给SCK，由SO读取测量结果。CS变低将停止任何转换过程，CS变高将启动一个新的转换过程。将CS变低在S