0805070221许峰 计控炉温设计

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1、HefeiUniversity《电子炉温控制系统》专业班级08级自动化（2）班姓名许峰学号0805070221授课老师丁健完成时间2011年6月10日摘要：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。具有结构简单、操作简便、价格低廉等特点，广泛用于淬火、正火、回火和退火等常规热处理生产，是机械制造企业最常用的热处理加热设备之一。电阻炉炉温控制系统控温性能的优劣以及智能化程度的高低，不仅直接影响机械产品质量的高低，而且还直接影响热处理生产劳动强度的大小。在冶金、化工、电力、造纸、机械制造和食品加工等许多生产过程中，人们需要对各类加热炉、热处理炉、反

2、应炉和锅炉的温度进行检测和控制。因此，温度是工业控制对象中一个比较常见的被控参数。本系统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—51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大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。关键词：电子炉单片机接口设计大林算法目录一、电阻炉及其控制要求31.1电阻炉组成及其加热方式31.2控制要求3二、系统总体方案设计42.1控制系统组成42.2控制系统工作原理4三、系统硬件设计53.1温度检测电路及功率放大电路53.2AD574A模/数转换电路63.3执行机构7

3、3.4键盘/显示电路73.5报警电路83.6模拟量输入通道AI及接口设计9四、系统软件设计114.1数字控制器的设计114.2控制器参数整定124.3系统程序设计12五、总结15六、参考文献15一、电阻炉及其控制要求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。炉子的种类有很多，因为使用的燃料和加热方法不同;工艺不同，其温度高低不同，采用的测温元件和测温方法也不同，因而控制系统的组成也不相同。电气控制系统包括主机与

4、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

5、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20kW；（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、曲线自动显示和打功印能，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。（7）具有接口电路与模拟量输入通道。二、系统总体方案设计2.1控制系统组成电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成。系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序

6、控制器中的一种作为控制器，再根据系统控制要求，选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。采用热电偶作为测温元件，经变送器及A/D转换电路对测得的温度信号进行处理，送入主机与给定值比较，按控制算法计算后输出控制量，通过固态继电器实现对电阻炉加热功率的调节，使炉温按设定温度曲线变化。本系统还具有报警、键盘输入、接口通道及显示等功能。2.2控制系统工作原理根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。系统控制程序采用两重中断嵌套方式设计。首先使T0计数器产生定时中断，作为本系统的采样周期。在中断服务程

7、序中启动A/D，读入采样数据，进行数字滤波、上下限报警处理，达林计算，然后输出控制脉冲信号。脉冲宽度由T1计数器溢出中断决定。在等待T1中断时，将本次采样值转换成对应的温度值放入显示缓冲区，然后调用显示子程序。从T1中断返回后，再从T0中断返回主程序并且、继续显示本次采样温度，等待下次T0中断。在项目设计中主要有以下几部分。控制系统主机：考虑到MCS-51系列单片机已经过长期的应用，性能比较稳定，其功能完全可以满足本系统控制要求，人们对它又比较