电热炉温度控制系统的设计

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1、电热炉温度控制系统的设计1.设计任务及要求初始条件：可靠的温度的监控在工业中是十分必要，为了满足工业电加热炉的控制性能要求，以加热炉里的温度作为被控参数，设计电热炉温度控制系统。要求完成的主要任务:(1)电热炉温度特性分析(2)系统设计方案(3)系统的工作原理(4)系统说明2.电热炉温度特性分析工业电炉温控系统主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成，其系统结构图。被控制对象是大容量、大惯性的电热炉温度对象，是典型的多阶容积迟后特性，在工程上往往近似为包含有纯滞后的二阶容积迟后；由于被控对象电容量大，通常采用可控硅作调节器的

2、执行器。　　　执行器的特性：电炉的温度调节是通过调节剂(供电能源)的断续作用，改变电炉丝闭合时间Tb与断开时间Tk的比值α,α=Tb/Tk。　　调节工业电炉的温度，在工业上是通过在设定周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，来调节负载两端交流平均电压即负载功率，这就是通常所说的调功器或周波控制器；调功器是在电源电压过零时触发晶闸管导通的，所以负载上得到的是完整的正弦波，调节的只是设定周期Tc内导通的电压周波。设周期Tc内导通的周期的波数为n，每个周波的周期为T，则调功器的输出功率为P=n×T×Pn

3、/Tc，Pn为设定周期Tc内电压全通过时装置的输出功率。1.设计方案3.1系统方案此系统主要包括单片机控制系统、温度采集系统、温度显示模块、温度上下限调节模块以及外部存储模块等几部分组成。图1为系统的总体框架图1系统总体框架由系统总体框架图可知，在温度控制系统中，经过DS18B20传感器检测到的温度值送入单片机中，在单片机内部经过数据的处理信号与给定的对应的所要求的温度值进行比较，同时还可以经过按键来调节温度的实时值，产生的温度值可以与存储器中存储的温度值进行比较，根据比较的结果来控制相应的指示灯的亮与灭，从而可以方便地控制温度的变化。此外，电

4、热炉的温度控制的性能至关重要，传统的装置通常是基于常规的PID控制方案，往往会存在着精度不高以及工作效率较低的特点。特别是对于难以准确的确定其数学模型或者是具有非线性、纯滞后和时变的温度的控制过程，仅仅依靠传统的PID控制方案难以满足电热炉温度控制的高精度的要求。为了确保电热炉温度控制高性能目标的实现，可以根据其数学模型、典型的控制方案和仿真运行的结果进行分析和研究，从而可以发现模糊自适应整定的PID控制方案通过模糊规则和模糊的推理方法能够对PID控制器参数进行校正，因而具有实用和高性能的特点。3.2温度采集模块温度由DALLAS公司所生产的一

5、线式数字温度传感器DS18B20采集。DS18B20的测温范围位-55°-125°C,测试的分辨率能够达到0.0625°C,测试的温度用符号扩展位16位形式串行输出。CPU只需一根端口线就可以与多个DS18b20进行通信，占用的微处理器的端口较少，进而可以节省大量的引线与逻辑电路。DS18B20的内部是一个9字节的高速存储器，存储器用来存储所设定的温度值。其中它的前两个字节是将要测得的温度数据，第一字节所存储的是温度的低八位，第二字节会是温度的高八位，第三和第四字节将是温度的上限Th与温度的下限TL的易失性拷贝，第五字节会是结构存储器的易失性拷

6、贝，此三字节的内容在每一次的上电复位时均会被刷新，第六、七、八三个字节是用于内部的计算，而第九字节为冗余校验字节，用于保证通信的准确性。当温度转换命令发出转换命令后，经过转换的温度值将会以二字节补码的形式存放在此存储器的第一和第二字节中。单片机能够通过单线接口读到数据，读数据时低位在前，高位在后，其中的高五位是符号位，中间的七位是整数位，最低四位将会是小数位。DS18B20的最大特点是单总线数据的传输方式，因而对于读写的数据位有着严格的时序要求。例如包括初始化时序、读时序、写时序。每一条命令和数据的传输都是从单片机写时序开始的，如要求DS18B

7、20回送数据，那么在进行写命令后，单片机需要启动读时序才能够完成数据的接收。命令和数据的传输都是低位在先。图2为DS18B20在proteus中的的实物图。图2DS18B20实物图DS18B20是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，与单片机接口时仅需占用一个I/O端口，无须任何外部元件，就直接可以将环境温度转化成串行数字信号供处理器处理。其特性如下：（1）只要求一个端口即可实现通信。（2）在DS18B20中的每个器件上都会有独一无二的序列号。（3）测量的温度范围是－55

8、℃到＋125℃之间。（4）在实际的应用中不需要任何外部元器件即可实现测温。（5）内部有温度上限和下限的报警设置。（6）用户可以从9位到12位来选择数字