【精品】作业设计方案.doc

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1、基于PID电加热锅炉温度控制系统设计1.选题背景及意义我国的电加热锅炉在io多年前问世，由于受到当时电力因素的制约，发展非常缓慢，只有几个非锅炉行业的厂家在生产。1998年以来，特别是2000年，电热锅炉市场迅速发展。行业内许多厂家都己经或者止在准备生产电热锅炉。由于起步晚、规模小，电加热锅炉的控制水准很低，甚至很原始。电加热锅炉的控制与燃油（气）锅炉的控制有很大的不同：1电流巨大，属大电流或超大电流控制；2没有现成的燃烧器及其程控器，锅炉的加热过程和控制品质完全由自己决定；3比燃油（气）锅炉的口动化程度和蓄热要求更高，外观要求也更现代、更美观。因此，电热锅炉控制存在较大难度。

2、1998年我们抓住了市场机遇，再次把丁业控制技术应用于电加热锅炉控制领域，把大型电力负荷控制的成功经验移植到电加热锅炉的大电流控制上来，率先提出了电加热锅炉的循环投切和分段模糊控制的控制模式，较好地解决了电加热锅炉控制的理论和实际问题。国内电加热炉的加热形式主要有以下两个：1电阻加热式国内绝大多数厂家采用该方式，并选用电阻式管状电热元件。电阻加热方式的电气特点是锅水不带电，但在电加热元件漏水或爆裂时会使锅水带电或称漏电。另外，受电热元件绝缘导热层的绝缘程度的影响，电热管存在一定的泄漏电流。泄漏电流的国家标准是＜0.5mAo该方式在结构上易于叠加组合，控制灵活，更换方便。2电磁感

3、应加热式该方式的加热原理是：当电流通过加热线圈时，就会形成电磁场,把金属锅壳置于电磁场之屮，就会使锅壳产生涡流，并导致其发热，从而完成对锅水加热的目的。其电流愈大，发热量愈大。电磁感应加热方式在丁业上的应用较早，典型的应用就是中频加热炉。但是把它应用到锅炉上，确属首次，很有创意值得关注。目前国内只有一家厂家生产这种电热锅炉。该方式的优点是，与水和锅炉是非接触式加热，因此绝无漏电的可能性；另一个优点是该方式须用可控硅做驱动输出，因此具有无触点开关的独特优势；机械噪声小，可多级或无级调节，使用寿命长。该方式的缺点是热效率比电阻加热方式要稍低，约96%:o这是因为后者是直接与锅水接触

4、加热，而前者是间接加热，况且作为功率驱动元件的可控硅元件，其本身也要消耗一定功率。1.设计要求电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高已经在冶金、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的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、吋变性、升温单向性等特点的控制对象很难用数学方法建立精确的数学模型因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点在工业控制系统、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。在本控制对象电阻加热炉功率为800

5、W,由220V交流电供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50〜150C保温阶段温度控制精度为正负1度。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。其对象问温控数学模型为G(s)=空二7>+1其中，时间常数Td=350秒，放大系数Kd=50,滞后时间=10秒控制算法选用改PID控制。1.总体设计方案电加热炉温度控制系统原理图如图1所示，主要由温度检测电路、A/D转换电路、键盘、驱动执行电路、加热电炉丝、显示电路及按键电路等组成。系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小，温度通过

6、热电偶检测，再经过变送器变成0・5V的电压信号送入A/D转换器使之变成数字量，此数字量通过接口送到微机，这是模拟量输入通道。盘AT89C5A/D转换测量变送温度检测c=i>图1电加热炉温度控制系统原理图3.1控制器的选取控制器选择AT89C51单片机。AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM,32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级屮断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM,定时/计数器，串

7、行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚图如图2:INTIINTOT1TOeaTvpXIX2RESETRDWRRXDTXDALE/P89C51U1P00P01P02P03P04P05P06P07PPPPPPPP123456781312151431191891716、人012345671AIX1*1A1*1A1*11PPPPPPPP3938373635343332212223242526272810113029P2O