加热炉温度控制系统设计毕业设计(论文)

毕业设计 [论文] 题目：加热炉温度控制系统设计

摘要

可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术，计算机技术，通讯技术融为一体，具有控制力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点。

本文通过对电加热炉温度控制系统国内外情况的分析，确定了设计目标。主要通过对系统的总体方案设计，硬件的选择、设计、使用，软件程序的编写等方面作了论述，并详细介绍了各个模块的原理、设计和使用，对程序中所使用的控制算法进行了详细的介绍。在此设计中以西门子S7-200PLC作为控制核心，通过温度检测变送单元对加热炉温度进行实时检测，由模拟量扩展模块EM235将检测信号传输给PLC,经过PID运算输出控制信号，控制信号通过控制调功器改变加热器，以此达到对系统温度的控制作用。

关键词：电加热炉，S7-200PLC，温度控制系统

Abstract

The programmable controller is a automatic control device which is widely used, it will be the traditional relay control technology, computer technology, communication technology com., has strong control ability, flexible and convenient operation, high reliability, suitable for long-term continuous working characteristics.

Based on the analysis of the electric heating furnace temperature control system at home and abroad situation, determine the objectives of the design. Mainly through the design of the overall scheme of the system, hardware selection, design, use, software programming and other aspects, and introduces the principle, design and use of each module, the control algorithm used in the program are described in detail. In this design the Siemens S7-200PLC as control core, through the temperature detection transmission unit for real-time detection of the temperature of the heating furnace, by analog expansion module EM235 will detect the signal transmission to PLC, after PID operation and the output control signal, the control signal by controlling the power regulator changing heater, to control the function of the system temperature.

Keywords: electric heating furnace，S7-200PLC，temperature control system

目录

摘要......................................................................I Abstract...................................................................II 1 绪论 .. (1)

1.1 系统设计背景 (1)

1.2 温度控制系统的发展状况 (1)

1.3 本文的研究内容 (3)

2 设计总体方案及控制算法描述 (4)

2.1系统总体方案 (4)

2.1.1 硬件方案设计 (4)

2.1.2 软件方案设计 (5)

2.2 PID控制算法 (7)

2.2.1 PID算法 (7)

2.2.2 PID参数整定方法 (8)

3 系统硬件设计 (10)

3.1 系统的硬件组成 (10)

3.1.1 系统结构组成 (10)

3.1.2 系统各个组成部分完成的任务 (10)

3.2 可编程控制器 (10)

3.2.1 PLC的特点 (11)

3.2.2 PLC的选型 (11)

3.2.3 西门子S7-200主要功能模块介绍 (12)

3.2.4 S7-200PLC中PID回路指令 (15)

3.3系统其他硬件选型及配置 (18)

3.3.1 显示模块 (18)

3.3.2 集成式温度传感器 (19)

3.3.3 调功器 (20)

3.3.4 主电路接线说明 (22)

4 系统软件设计 (24)

4.1 编程软件简介 (24)

4.2 程序设计 (24)

4.2.1 主程序部分 (26)

4.2.2 标度变换子程序 (29)

4.2.2 显示模块子程序 (31)

4.2.3 PID初始化子程序及中断程序 (35)

5 系统软件仿真 (41)

5.1 系统仿真软件 (41)

5.2 对系统程序进行仿真 (42)

5.2.1 仿真准备工作 (42)

5.2.2 仿真过程 (42)

5.2.3仿真结果分析 (46)

总结 (47)

参考文献 (48)

致谢 (49)

附录主电路接线图 (1)

1 绪论

1.1 系统设计背景

温度作为几种重要过程变量之一，对温度的控制在各种过程控制系统中占据重要位置，随着生产力的发展，人们对温度控制精确度要求也越来越来高，温度控制的技术也得到迅速发展。各种控制算法如：PID控制算法，模糊控制算法，神经网络算法等都在温度控制系统中得到广泛应用。

近年来，加热炉的温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，温度是工业生产中重要的被控参数之一，冶金、机械、食品、化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉，对工件的处理均需要对温度进行控制。由于许多实践现场对温度的影响因素是多方面的，使得温度的控制比较复杂，而传统的温度控制器多由继电器组成的，但是继电器的触点使用寿命有限，故障率偏高，稳定性差，无法满足现代的控制要求。而随着计算机技术的发展，嵌入式微型计算机在工业中得到越来越多的应用，将嵌入式系统应用在温度控制系统中，使得温度控制系统变得更小型，更智能。随着国家的“节能减排”政策的提出，嵌入式温度控制系统能够降低能耗，节约成本这一优点使得其拥有更加广阔的市场前景，而PLC就是最具代表性的一员。目前智能温度控制系统广泛应用于社会生活、工业生产的各个领域，适用于家电、汽车、材料、电力电子等行业，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代化的建设中，能源的需求非常大，然而我国的能源利用率极低，所以实现温度控制的智能化，有着极重要的实际意义。

1.2 温度控制系统的发展状况

温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的出现迄今已有两百余年的历史，期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于PLC 的温度控制系统，基于工控机（IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。

单片机的发展历史虽不长，但它凭着体积小，成本低，功能强大和可靠性高等特点，已经在许多领域得到了广泛的应用。单片机已经由开始的4位机发展到

32位机，其性能进一步得到改善。基于单片机的温度控制系统运行稳定，工作精度高，但相对其他温度系统而言，单片机响应速度慢、中断源少，不利于在复杂的，高要求的系统中使用。

PLC是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。PLC可靠性高、抗干扰能力强、编程简单，易于被工程人员掌握和使用，目前在工业领域上被广泛应用。相对于IPC，DCS，FSC 等系统而言，PLC是具有成本上的优势。因此，PLC占领着很大的市场份额，应用前景广泛。

工控机（IPC）即工业用个人计算机。IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，应用日趋广泛。它能够适应多种工业恶劣环境，抗振动、抗高温、防灰尘，防电磁辐射。计算机提供了诸如数字滤波，积分分离PID，选择性PID，参数自整定等各种灵活算法，以及“模糊判断”功能，是常规仪表和人力难以实现或无法实现的。在工业锅炉温度检测控制系统中采用控机工可大大改善了对锅炉的监控品质，提高了平均热效率。但如果单独采用工控机作为控制系统，又有易干扰和可靠性差的缺点。

集散型温度控制系统（DCS）是一种功能上分散，管理上集中上集中的新型控制系统。与常规仪表相比具有丰富的监控、协调管理功能等特点。DCS的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。基本DCS的温度控制系统提供了生产的自动化水平和管理水平，能减少操作人员的劳动强度，有助于提高系统的效率。但DCS在设备配置上要求网络、控制器、电源甚至模件等都为冗余结构，支持无扰切换和带电插拔，由于设计上的高要求，导致DCS成本太高。

现场总线控制系统（FCS）综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段的系统。其优势在于网络化、分散化控制。基于总线控制系统（FCS）的温度控制系统具有高精度，高智能，便于管理等特点，FCS系统由于信息处理现场化，能直接执行传感、控制、报警和计算功能。而且它可以对现场装置(含变送器、执行器等)进行远程诊断、维护和组态，这是其他系统无法达到的。但是，FCS还没有完全成熟，它才刚刚进入实用化的现阶段，另一方面，目前现场总线的国际标准共有12种之多，这给FSC的广泛应用添加了很大的阻力。

各种温度系统都有自己的优缺点，用户需要根据实际需要选择系统配置，当然，在实际运用中，为了达到更好的控制系统，可以采取多个系统的集成，做到

互补长短。

温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比有着较大差距。成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主。它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品。但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，还没有开发出性能可靠的自整定软件，控制参数大多靠人工经验及现场调试确定。国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。日本、美国、德国、瑞典等技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。

1.3 本文的研究内容

本设计以实验室用加热炉为原型，主要是利用西门子 S7-200PLC作为可编程控制器，系统采用串级控制方案，主、副控制器采用PID控制算法，手动整定或自整定PID参数，实时计算控制量，控制加热装置，使加热炉温度为85℃左右，误差±1℃，并能实现手动启动和停止，运行指示灯实时监控控制系统的运行，并实时显示当前内胆温度值与夹套温度值。

具体有以下几方面的内容：

1 绪论：对课题研究背景及国内外发展状况进行了阐述，并分别从基于单片机的温度控制系统，基于PLC 的温度控制系统，基于工控机（IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等介绍当前温度控制系统的发展状况。

2 设计总体方案：简单的从硬件部分和软件部分介绍了系统的工作原理，并对PID控制算法及其参数整定方法做了基本介绍。

3 系统硬件设计：介绍了硬件系统设计的组成和连线图，对系统所用到的器件进行了介绍和选型。

4 系统软件设计：对编程的思路和各个编程部分的任务、组成、流程图和梯形图进行了详细介绍，并对编程用软件作了说明。

5 系统软件仿真。

2 设计总体方案及控制算法描述

2.1系统总体方案

加热炉温控制系统主要由硬件部分和软件部分组成。

2.1.1 硬件方案设计

硬件基本构成有PLC主控系统部分、调功器、加热炉、加热器、启动/停止开关按钮、数显表与温度变送器五部分组成。

其结构硬件部分组成及其关系如图2.1所示。

图2.1 加热炉硬件组成图

基本工作原理：加热炉是加热对象（本设计采用自来水作为加热对象）的容器，通过集成温度传感器检测炉内水温和夹套温度，并经过温度变送器将信号传送给PLC的模拟量扩展模块，由PLC进行运算和处理后再由模拟量扩展模块产生控制信号传送给调功器，调功器根据不同的控制信号输出不同的电压来控制加热炉内的加热器来进行加热和控制，由于水温升高或降低会影响温度检测元件，从而形成了一个闭环控制回路，达到平衡控制水温的目的。通过启动和停止产生的

开关量数字信号来控制系统运行和停止，实现手动控制的功能，两个数显表分别用于实时显示夹套温度和内胆温度。

2.1.2 软件方案设计

软件基本结构由主/副控器PID，控制对象温度调功器、检测元件温度变送器等部分组成。其基本工作原理：首先计算出两个控制器PID的有关参数，进行PID 初始化，把夹套温度变送器和内胆温度变送器传送回来的信号通过模拟量输入模块的A/D转换变为0~32000的数字量，然后进行变换变为0~1的过程量形参，给定一个夹套温度给定量SV和夹套温度过程量PV1传送给主控制器PID运算，得到的结果OUT1作为副控制器的给定量SV与内胆温度过程量PV0传送给副控制器 PID 运算，得到的结果OUT0经过标度变换和模拟量输出模块的D/A转换变为控制信号传送给温度调功器，对炉内加热器进行控制，同时对内胆温度和夹套温度进行检测，形成双闭环回路控制。其组成图如图2.2所示，流程图如图2.3所示。

图2.2 加热炉软件控制部分组成

图2.3 系统流程框图

2.2 PID 控制算法

模拟量闭环控制较好的方法之一是PID 控制，PID 在工业领域的应用已经有

60多年，现在依然广泛地被应用。人们在应用的过程中积累了许多的经验，PID

的研究已经到达一个比较高的程度。

比例控制(P)是一种最简单的控制方式,其控制器的输出与输入误差信号

成比例关系。其特点是具有快速反应，控制及时，但不能消除余差。

在积分控制(I)中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积

分控制可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。

在微分控制(D)中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化

率）成正比关系,微分控制具有超前作用，它能预测误差变化的趋势,避免较

大的误差出现，微分控制不能消除余差。

PID 控制，P 、I 、D 各有自己的优点和缺点，它们一起使用的时候又互相

制约，但只要合理地选取PID 值，就可以获得较高的控制质量。

2.2.1 PID 算法

图2.4 带PID 控制器的闭环控制系统

如图2.4所示，PID 控制器可调节回路输出，使系统达到稳定状态。偏

差e 和输入量r 、输出量c 的关系：

c(t)-r(t)=

e(t) 式(2.1)

控制器的输出为： ?????

?++=?t d i P dt t de T dt t e T t e K t u 0)()(1)()( 式(2.2) 上式中, )(t u ——PID 回路的输出；Kp ——比例系数；i T ——积分系数；

d T ——微分系数;PID 调节器的传输函数为： ??????++==

S T S T K S E S U S D d i P 11)()()( 式(2.3)

数字计算机处理这个函数关系式，必须将连续函数离散化，对偏差周期采样

后，计算输出值。其离散化的规律如表2.1所示。

表 2.1 模拟与离散形式

所以PID 输出经过离散化后，它的输出方程为：

[]0

00)()()()1()()()()(u n u n u n u u n e n e T T i e T T n e K n u d i P n

i d i P +++=+?

?????--++=∑= 式(2.4) 式2.4中， )()(n e K n u P P = 称为比例项；∑==n

i i p i i e T T K n u 0)()( 称为积分项； [])1()()(--=n e n e T

T K n u d p d 称为微分项。 上式中，积分项∑+n

i e 1

i)(是包括第一个采样周期到当前采样周期的所有误差的

累积值，计算中，没有必要保留所有的采样周期的误差项，只需要保留积分项前

值，计算机的处理就是按照这种思想。

2.2.2 PID 参数整定方法

PID 参数整定方法就是确定调节器的比例系数P 、积分时间Ti 和和微分时间

Td ，改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要

求。一般可以通过理论计算来确定，但误差太大,目前，应用最多的还是工程整定

法：如经验法、衰减曲线法、临界比例度法和反应曲线法。

经验法又叫现场凑试法，它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经

验，利用一组经验参数，根据反应曲线的效果不断地改变参数，对于温度控制系

统，工程上已经有大量的经验，其规律如表2.2所示。

表 2.2温度控制器参数经验数据

实验凑试法的整定步骤为“先比例，再积分，最后微分”。

1）整定比例控制

将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。

2）整定积分环节

先将步骤1）中选择的比例系数减小为原来的50～80％，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。

3）整定微分环节

先置微分时间TD=0，逐渐加大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。

3 系统硬件设计

3.1 系统的硬件组成

3.1.1 系统结构组成

温度控制系统的结构包括一台可编程控制器、一台调功器、两个温度检测回路、一个加热器、一个模拟量输入输出扩展模块、两个数显表、两个启动/停止按钮，一个系统运行指示灯。

3.1.2 系统各个组成部分完成的任务

1）运行指示灯和启动按钮/停止按钮实现运行监控和启动和停止系统的控制：按下启动按钮，系统开始运行，运行指示灯点亮；按下停止按钮，系统停止运行系统指示灯熄灭。

2）数显表：根据PLC的输出实时显示内胆温度和夹套温度的实际温度值，便于控制和观察。

3）温度变送器：用来检测夹套和内胆温度，将温度值转换为PLC可以读取的电压模拟量信号，同时传送给PLC模拟量输入模块。

4）调功器和加热器：是PLC的控制对象，根据PLC模拟量输出模块输出的控制信号，来控制调功器的输出功率电压，对加热器进行控制，来加热炉内温度。

5）可编程控制器和模拟量输入/输出扩展模块：可编程控制器对采集来的温度信号进行标度变换处理后得到实际的温度值，将数据传送给两个数显表对内胆温度和夹套温度分别显示；另一方面，根据采集到得温度值，和给定的温度值进行计算处理，采用PID控制算法处理后通过模拟量输入输出扩展模块对调功器进行控制来实现对加热器的控制。

3.2 可编程控制器

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PLC。

3.2.1 PLC的特点

1）可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

2)配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中，加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3)易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

5)体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

3.2.2 PLC的选型

全球PLC有二百多种，国内常用PLC也就二三十种，常用的有德国西门子，法国施耐德，美国AB，ABB，日本欧母龙，三菱，松下，韩国三星，国产和利时，科创思等。

西门子PLC相对于其他的PLC价钱比较高，但是性能相对强大，可操作性强，有相配套的伺服系统和组态软件。西门子PLC的种类分为S7-200PLC，S7-300PLC，S7-400PLC等，S7-300PLC，S7-400PLC与S7-200PLC相比功能更为强大，为S7-200的升级产品，但由于本系统所需功能和技术要求S7-200完全能够解决，所以从经

济方面考虑选用西门子S7-200PLC系列产品。

S7-200系列PLC是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥作用。

S7-200系列可以根据对象不同，可以选用不同的型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架上。

3.2.3 西门子S7-200主要功能模块介绍

1）CPU模块：S7-200的CPU模块包括一个中央处理单元，电源及数字I/O 点，这些都被集成在一个紧凑，独立的设备中，CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。从CPU 模块功能来看，CUP模块为CUP22*，它具有如下五种不同的结构配置CPU单元：①CPU221它有6输入/4输出，I/O共计10点。无扩展能力，程序和数据存储容量较小，有一定的高速计数处理能力，非常适合于少点数的控制系统。

②CUP222它有8输入/6输出，I/O共计14点，和221相比，它可以进行一定的模拟量控制和2个模拟量扩展，因此是应用更广泛的全功能控制器。③CUP224它有14输入/10输出，I/O共计24点，和前两者相比，存储容量扩大了一倍，它可以有7个扩展模块，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是使用得最多S7-200产品。④CUP226 它有24输入/16输出，I/O共计40点，和CUP224相比，增加了通信口数量，通信能力大大增强。它可用于点数较多，要求较高的小型或中型控制系统。⑤CUP226XM 它在用户程序存储量和数据存储量上进行了扩展，其他指标和CUP226相同。

在本设计中由数字量2输入/4输出，需要一个模拟量扩展，而CUP226有24输入/16输出，和7个模拟量扩展模块，可满足设计所需故本设计选用CPU226DC/DC/DC。CPU用DC24V,输入DC24V,输出DC24V，其功率为11W。

2）模拟量扩展模块：

温度传感器检测到温度转换成0～100mV的电压信号，系统需要配置模拟量输入模块把电压信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理，得到的控制信号也要通过模拟量输出模块把数字信号转成1～5V的电压信号对调功器进行控制。S7-200PLC的模拟量模块有EM231，EM232和EM235三种类型的模拟量扩展模块。EM231有4路模拟量输入，EM232有2路模拟量输出，EM235有4路模拟量输入和1路模拟量输出。本设计中需要检测两个温度信号，和输出一个电压控制信号，所

以需要2路模拟量输入/1路模拟量输出，所以我们选择EM235模拟量输入/输出模块，其功耗为2W。

其输入/输出特性如表3.1所示。

表3.1 EM235输入 /输出特性

EM235输入数据字格式如图3.1所示。

模拟量到数字量转换器(ADC)的12位读数，其数据格式是左端对齐的，最高有效位是符号位，0表示是正值数字量，对单极性格式，3个连续的0使得ADC计数数值每变化1个单位则数据字的变化是以8为单位变化的；对双极性格式，4个连续的0使得ADC计数数值每变化1个单位，则数据字的变化是以16为单位变化的。

图3.1 CPU中模拟量输入字中12位数据值的存放位置格式EM235输出数据字格式如图3.2所示。

图3.2 CPU中模拟量输出字中12位数据值的存放位置格式数字量到模拟量转换器（DAC）的分辨率为12位，其输出数据格式是左端对齐的，最高有效位是符号位，0表示是正值数字量，数据在装载到DAC寄存器之前，4个连续的0是被截断的，这些位不影响输出信号值。

EM235配置：表3.2所示为如何用DIP开关设置EM235模块，开关1到6可选择模拟量输入范围和分辨率，所有的输入设置成相同的模拟量输入范围和格式。

本设计中温度检测模块输入信号为0~100mV的电压信号，为单极性，所以DIP开关设置为：SW1 OFF；SW2 ON；SW3 OFF；SW4 ON；SW5 OFF；SW6 ON。得到其满量程输入为0~100mV。

表3.2 DIP开关设置

单极性

满量程输入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6

ON OFF OFF ON OFF ON 0到50mV 12.5μV

OFF ON OFF ON OFF ON 0到100mV 25μV

ON OFF OFF OFF ON ON 0到500mV 125uA

OFF ON OFF OFF ON ON 0到1V 250μV

ON OFF OFF OFF OFF ON 0到5V 1.25mV

ON OFF OFF OFF OFF ON 0到20mA 5μA

OFF ON OFF OFF OFF ON 0到10V 2.5mV

DIP开关实物如图3.3所示。

图3.3 DIP设定实物图

输出设置：本设计中输出为1~5V的电压信号，而EM235可以输出-10V～+10V的电压信号和0～20mA的电流信号，所以我们选择电压信号的输出接线方法，其电压满量程输出数据为-32000～+32000，满量程输出电压为-10V～+10V，而本设计所需要的输出为1～5V的控制电压信号，所以将其数据输出范围定在3200~16000。

3.2.4 S7-200PLC中PID回路指令

现在很多PLC已经具备了PID功能，有的是专用模块，有些是指令形式。西门子S7-200系列PLC中使用的是PID回路指令见表3.3。

使用方法：当EN端口执行条件存在时候，就可进行PID运算。指令的两个操作数TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VB100，因为一个PID 回路占用了32个字节，所以VD100到VD132都被占用了。LOOP是回路号，可以是

温度控制系统设计毕业设计论文Word版

目录 第一章设计背景及设计意义 (2) 第二章系统方案设计 (3) 第三章硬件 (5) 3.1 温度检测和变送器 (5) 3.2 温度控制电路 (6) 3.3 A/D转换电路 (7) 3.4 报警电路 (8) 3.5 看门狗电路 (8) 3.6 显示电路 (10) 3.7 电源电路 (12) 第四章软件设计 (14) 4.1软件实现方法 (14) 4.2总体程序流程图 (15) 4.3程序清单 (19) 第五章设计感想 (29) 第六章参考文献 (30) 第七章附录 (31) 7.1硬件清单 (31) 7.2硬件布线图 (31)

第一章设计背景及研究意义 机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。随着微电子技术及电力电子技术的发展，采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。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、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 ，

毕业设计-电加热炉控制系统设计

密级： NANCHANGUNIVERSITY 学士学位论文THESIS OF BACHELOR （2006 —2010年） 题目锅炉控制系统的设计 学院：环境与化学工程系化工 专业班级：测控技术与仪器 学生姓名：魏彩昊学号：5801206025 指导教师：杨大勇职称：讲师 起讫日期：2010-3至2010-6

南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：

锅炉控制系统设计 专业：测控技术与仪器学号：5801206025 学生姓名：魏彩昊指导教师：杨大勇 摘要 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。 本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。 此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC 为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。 关键词：温度；电加热炉；PLC；控制系统

步进式加热炉加热质量控制系统的设计

步进式加热炉加热质量控制系统的设计 摘要：目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。本文通过对步进式加热炉加热质量控制系统的设计，从而反映出当今自动化技术的发展方向。同时,介绍了软件设计思想和脉冲式燃烧控制技术原理特点及在本系统的应用。 一、引言 加热炉是轧钢工业必须配备的热处理设备。随着工业自动化技术的不断发展，现代化的轧钢厂应该配置大型化的、高度自动化的步进梁式加热炉，其生产应符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，以提高其产品的质量，增强产品的市场竞争力。 我国轧钢工业的加热炉型有推钢式炉和步进式炉两种，但推钢式炉有长度短、产量低，烧损大,操作不当时会粘钢造成生产上的问题,难以实现管理自动化。由于推钢式炉有难以克服的缺点,而步进梁式炉是靠专用的步进机构,在炉内做矩形运动来移送钢管,钢管之间可以 留出空隙，钢管和步进梁之间没有摩擦,出炉钢管通过托出装置出炉，完全消除了滑轨擦痕,钢管加热断面温差小、加热均匀，炉长不受限制，产量高,生产操作灵活等特点,其生产符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求。 全连续、全自动化步进式加热炉。这种生产线都具有以下特点：

①生产能耗大幅度降低。②产量大幅度提高。③生产自动化水平非常高,原加热炉的控制系统大多是单回路仪表和继电逻辑控制系统,传动系统也大多是模拟量控制式的供电装置，现在的加热炉的控制系统都是PＬC或DCＳ系统，而且大多还具有二级过程控制系统和三级生产管理系统。传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。 本工程是某钢铁集团新建的φ1８0小口径无缝连轧钢管生产线中的热处理线部分的步进式加热炉设备。 二、工艺描述 本系统的工艺流程图见图1 ?图1 步进式加热 炉工艺流程图 淬火炉和回火炉均为步进梁式加热炉。装出料方式：侧进，侧出;炉子布料：单排。活动梁和固定梁均为耐热铸钢，顶面带齿形面，直径小于１41.3mm钢管，每个齿槽内放一根钢管。直径大15 ３.7mm的钢管每隔一齿放一根钢管。活动梁升程180mm，上、下各90mm，齿距为１90mm，步距为145mm。因此每次步进时，

智能温度控制系统设计

目录 一、系统设计方案的研究 (2) （一）系统的控制特点与性能要求 (2) 1.系统控制结构组成 (2) 2.系统的性能特点 (3) 3.系统的设计原理 (3) 二、系统的结构设计 (4) （一）电源电路的设计 (4) （二）相对湿度电路的设计 (6) 1.相对湿度检测电路的原理及结构图 (6) 3.对数放大器及相对湿度校正电路 (7) 3.断点放大器 (8) 4.温度补偿电路 (8) 5.相对湿度检测电路的调试 (9) （三）转换模块的设计 (9) 1.模数转换器接受 (9) 2.A/D转换器ICL7135 (9) （四）处理器模块的设计 (11) 1.单片机AT89C51简介及应用 (11) 2.单片机与ICL7135接口 (14) 3.处理器的功能 (15) 4.CPU 监控电路 (15) （五）湿度的调节模块设计 (15) 1.湿度调节的原理 (15) 2.湿度调节的结构框图 (16) 3.湿度调节硬件结构图 (16) 4.湿度调节原理实现 (16) （六）显示模块设计 (17) 1.LED显示器的介绍 (17) 2.单片机与LED接口 (17) （七）按键模块的设计 (18) 1.键盘接口工作原理 (18) 2.单片机与键盘接口 (19) 3.按键产生抖动原因及解决方案 (19) 4.窜键的处理 (19) 三、软件的设计及实现 (19) （一）程序设计及其流程图 (20) （二）程序流程图说明 (21) 四、致谢 (22) 参考文献： (22)

智能温度控制系统设计 摘要: 此系统采用了精密的检测电路（包刮精密对称方波发生器、对数放大及半波整流、温度补偿及温度自动校正及滤波电路等几部分电路组成），能够自动、准确检测环境空气的相对湿度,并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器（AT89C51）中，然后通过软件的编程，将当前环境的相对湿度值转换为十进制数字后，再通过数码管来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的控制电路（光电耦合及继电器等部分电路组成），设计出可以自动的调节当前环境的相对湿度：当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动抽风机，减少室内空气中的水蒸气，以达到降低空气湿度的目的；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动蒸汽机，增加空气的水蒸气，以达到增加湿度的目的，使空气湿度保持在理想的状态；键盘设置及调整湿度的初始值，另外在设计个过程当中，考虑了处理器抗干扰，加入了单片机监视电路。 关键词： 湿度检测; 对数放大; 湿度调节; 温度补偿 一、系统设计方案的研究 （一）系统的控制特点与性能要求 1.系统控制结构组成 （1）湿度检测电路。用于检测空气的湿度[9]。 （2）微控制器。采用ATMEL公司的89C51单片机，作为主控制器。 （3）电源温压电路。用于对输入的200V交流电压进行变压、整流。 （4）键盘输入电路。用于设定初始值等。 （5）LED显示电路。用于显示湿度[10]。 （6）功率驱动电路（湿度调节电路）

单片机温度控制系统毕业设计论文.doc

题目基于单片机的温度控制系统 英文题目Temperature control system based on single chip 学生姓名： 学号： 专业： 指导老师: 职称 系别：机械与电子工程系 2012年5月1日

摘要 温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。 本温度设计采用现在流行的AT89S51单片机，配以DS18B20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。 本设计还加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设计更加完整，更加灵活。 关键字：单片机温度控制继电器

ABSTRACT The temperature is constantly in the daily life of physical and temperature controls in various fields have a positive meaning. A lot of businesses have a lot of power heating equipment, such as that used for the heat treatment furnace, for melting metal crucible resistance heaters and the various uses of temperature bins, SCM using their right to control not only easy to control, simple, such as the characteristics of flexibility, but can also significantly increase the temperature was charged with the technical indicators, which can greatly enhance the quality of the products. Therefore, intelligent temperature control technology is being widely adopted. The temperature was designed with the now popular AT89S51 SCM, and with DS18B20 digital temperature sensor, The temperature sensor can set up their own temperature collars. SCM will detect that the temperature of the input signal and temperature, the lower comparisons this judgment whether to activate the relay to open the equipment. The design also includes commonly used digital display and control state lights commonly used circuit, making the whole design more complete, more flexible. Key words:Single chip microcomputer Temperature control SSR

电加热炉温度控制系统设计

湖南理工学院南湖学院 课程设计 题目：电加热炉温度控制系统设计专业:机械电子工程 组名：第三组 班级：机电班 组成员:彭江林、谢超、薛文熙

目录 1 意义与要求 (2) 1.1 实际意义 (2) 1.2 技术要求 (2) 2 设计内容及步骤 (2) 2.1 方案设计 (2) 2.2 详细设计 (3) 2.2.1 主要硬件介绍 (3) 2.2.2 电路设计方法 (4) 2.2.3 绘制流程图 (7) 2.2.4 程序设计 (8) 2.3 调试和仿真 (8) 3 结果分析 (9) 4 课程设计心得体会 (10) 参考文献 (10) 附录............................................................ 10-27

1 意义与要求 1.1 实际意义 在现实生活当中，很多场合需要对温度进行智能控制，日常生活中最常见的要算空调和冰箱了，他们都能根据环境实时情况，结合人为的设定，对温度进行智能控制。工业生产中的电加热炉温度监控系统和培养基的温度监控系统都是计算机控制系统的典型应用。通过这次课程设计，我们将自己动手设计一个小型的计算机控制系统，目的在于将理论结合实践以加深我们对课本知识的理解。 1.2 技术要求 要求利用所学过的知识设计一个温度控制系统，并用软件仿真。功能要求如下： （1）能够利用温度传感器检测环境中的实时温度； （2）能对所要求的温度进行设定； （3）将传感器检测到得实时温度与设定值相比较，当环境中的温度高于或低于所设定的温度时，系统会自动做出相应的动作来改变这一状况，使系统温度始终保持在设定的温度值。 2 设计内容及步骤 2.1 方案设计 要想达到技术要求的内容，少不了以下几种器件：单片机、温度传感器、LCD显示屏、直流电动机等。其中单片机用作主控制器，控制其他器件的工作和处理数据；温度传感器用来检测环境中的实时温度，并将检测值送到单片机中进行数值对比；LCD显示屏用来显示温度、时间的数字值；直流电动机用来表示电加热炉的工作情况，转动表示电加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断

加热炉的工作分析毕业论文

加热炉的工作分析毕业论文 1蓄热式加热炉概况 蓄热式加热炉技术是自20世纪80年代发展起来并投入使用的一项新技术"它以蓄热室为基础来回收烟气 余热,从而实现余热的最大回收和助燃空气以及煤气的 高温预热"国外蓄热式加热炉的研究工作起步早!发展快,已经大规模地应用到工业中.我国的蓄热式加热炉研究 工作和应用起步较晚,但是发展速度快,到目前为止已有许多钢厂建成并投入使用了这种炉型,并达到了较好的 效果"。 目前由于能源和环境问题日益突出，要求各轧钢单位全面推行高效、清洁生产技术。而高效蓄热技术是目前世界上先进的燃烧技术。可以从根本上提高企业能源利用率，对低热值燃料进行合理利用，以最大限度地减少污染排放，很好的解决燃油炉成本高，污染重的难题根据工业炉燃烧的三高一低(高炉温、高烟温、高余热回收和低惰性)的发展方向以及节能环保的社会要求,采用分侧分段换向控制的烧嘴式蓄热燃烧技术，它便于控 制、安全可靠、长寿、余热极限回收与环境良好。 蓄热式烧嘴有以下优点： （1）供热调节灵活； （2）蓄热体更换方便； （3）不影响炉体的寿命；

（4）高温通道短，散热损失小； （5）每对烧嘴可根据需要单独开闭，炉温控制更加灵活。炉墙采用整体浇注复合式结构，炉顶采用整体浇注吊挂式复合结构，其重量通过锚固砖由钢结构承担。炉贴普通硅酸钙耐火纤维毡。这种结构保证了炉墙气密性和抗震性，保温良好，可减少温度波动对炉墙的影响。 为便于施工，炉顶设计成三段同样高。同时为减短均热时间，均热段全架空，实现双面均热。为减少装料端喷火现象，在预热段进行一定的抬高和加宽以降低出料端炉压，也可以降低钢坯与炉气的温差，避免加热缺陷。1.1加热炉的作用 是将热装或常温下冷装的连铸坯加热到轧制所需要的温度,以提高金属塑性,减少轧制变形抗力,机械和电 气负荷,同时消除钢坯中某些组织缺陷和应力,便于轧制,生产出满足用户要求的产品. 1.2加热炉的工艺流程分析 根据3500m m中厚板轧钢生产线的特点，将整个生产线划分为板加区、轧机区、冷床区、剪切区、精整区五部分。 板加区工艺流程简述：板坯加热包括板坯切割、称重、上料、加热以及出钢等工序。* 坯料自原料库吊到上料辊道上，然后在称重辊道上进行称重（需要改尺的坯料经火切机切割后称重），称重后坯料送到加热炉入炉辊道，经检查后，再由推钢机逐块推到加热炉加热，加热到1150-1250℃,加热好的钢

温度控制系统设计论文资料(经典)

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8086 CPU 定时计数器SCR触发回路SCR主回路 电 加 热 炉 4~20mA变送器 I/V A/D 数字滤波

加热炉温度控制系统

目录 一、工艺介绍 (2) 二、功能的设计 (4) 三、实现的情况以及效果 (6)

一、工艺介绍 在钢厂中轧钢车间在对工件进行轧制前需要将工件加热到一定的温度，如图1表示其中一个加热段的温度控制系统。在图中采用了6台设有断偶报警的温度变送器、3台高值选择器、1台加法器、1台PID调节器和1台电器转换器组成系统。 利用阶跃响应便识的，以控制电流为输入、加热炉温度为输出的系统的传递函数为： 温度测量与变送器的传递函数为： 由于，因此，上式中可简化为： 在实际的设计控制系统时，首先采用了常规PID控制系统，但控制响应超调量较大，不能满足控制要求。

图1 对如图1所示的加热炉多点平均温度系统采用可变增益自适应纯滞后补偿进行仿真。 加入补偿环节后，PID调节器所控制的对象包括原来的对象和补偿环节两部分，于是等效对象的特性G（s）可以写成： 即补偿后的广义被控对象不在含有纯延迟环节，所以，采用纯滞后的对象特性比原来的对象容易控制的多。 但实际应用中发现，加热锅炉由于使用时间长短不同及处理工件数量不同，会引起特性变化，导致补偿模型精度降低，从而使纯滞后补偿特性变差，很难满足实际生产的稳定控制要求。

为改善调节效果，在控制线路中加入两个非线性单元——除法器与乘法器，构成如图所示的加热炉多点温度控制纯滞后自适应控制系统。 二、功能的设计 1、系统辨识 经辨识的被控对象模型为： 所以，带可变增益的自适应补偿控制结构框图如图

图2 加热炉多点温度控制纯滞后自适应补偿系统控制框图2、无调节器的开环系统稳定性分析 理想情况下，无调节器的开环传递函数为： 上式中所示广义被控对象的Bode图如下图所示。 图3

课程设计(论文)-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

毕业设计-电加热炉控制系统设计

密级： NANCHANG UNIVERSITY 学士学位论文 THESIS OF BACHELOR （2006 —2010 年） 题目锅炉控制系统的设计 学院：环境与化学工程系化工 专业班级：测控技术与仪器 学生姓名：魏彩昊学号：5801206025 指导教师：杨大勇职称：讲师 起讫日期：2010-3至2010-6

南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：

锅炉控制系统设计 专业：测控技术与仪器学号：5801206025 学生姓名：魏彩昊指导教师：杨大勇 摘要 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。 本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。 此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC 为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。 关键词：温度；电加热炉；PLC；控制系统

加热炉温度控制系统设计

过程控制系统课程设计 设计题目加热炉温度控制系统 学生姓名 专业班级自动化 学号 指导老师 2010年12月31日 目录 第1章设计的目的和意义 (2) 第2章控制系统工艺流程及控制要求 (2) 2.1 生产工艺介绍

2.2 控制要求 第3章总体设计方案 (3) 3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图 第4章控制系统设计 (5) 4.1 系统控制参数确定 4.2 PID调节器设计 第5章控制仪表的选型和配置 (7) 5.1 检测元件 5.2 变送器 5.3 调节器 5.4 执行器 第6章系统控制接线图 (13) 第7章元件清单 (13) 第8章收获和体会 (14) 参考文献 第1章设计的目的和意义 电加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定

性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。 在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。 这里，给出了一种简单的温度控制系统的实现方案。 第2章控制系统工艺流程及控制要求 2.1 生产工艺介绍 加热炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。 加热炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的加热炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。 本加热炉环节中，燃料与空气按照一定比例送入加热炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给物料。物料被加热后，温度达到生产要求后，进入下一个工艺环节。 加热炉设备主要工艺流程图如图2-1所示。

加热炉控制系课程设计

第1章加热炉控制系统 加热炉控制系统工程背景及说明 加热炉自动控制（automatic control of reheating furnace），是对加热炉的出口温度、燃烧过程、联锁保护等进行的自动控制。早期加热炉的自动控制仅限控制出口温度，方法是调节燃料进口的流量。现代化大型加热炉自动控制的目标是进一步提高加热炉燃烧效率，减少热量损失。为了保证安全生产，在生产线中增加了安全联锁保护系统。 影响加热炉出口温度的干扰因素很多，炉子的动态响应一般都比较迟缓，因此加热炉温度控制系统多选择串级和前馈控制方案。根据干扰施加点位置的不同，可组成多参数的串级控制。使用气体燃料时，可以采用浮动阀代替串级控制中的副调节器，还可以预先克服燃料气的压力波动对出口温度的影响。这种方案比较简单，在炼油厂中应用广泛。 这种控制的主要目的是在工艺允许的条件下尽量降低过剩空气量，保证加热炉高效率燃烧。简单的控制方案是通过测量烟道气中的含氧量，组成含氧量控制系统,或设计燃料量和空气量比值调节系统,再利用含氧量信号修正比值系数。含氧量控制系统能否正常运行的关键在于检测仪表和执行机构两部分。现代工业中都趋向于用氧化锆测氧技术检测烟道气中的含氧量。应用时需要注意测量点的选择、参比气体流量和锆管温度控制等问题。加热炉燃烧控制系统中的执行机构特性往往都较差，影响系统的稳定性。一般通过引入阻尼滞后或增加非线性环节来改善控制品质。 在加热炉燃烧过程中，若工艺介质流量过低或中断烧嘴火焰熄灭和燃料管道压力过低,都会导致回火事故，而当燃料管道压力过高时又会造成脱火事故。为了防止事故，设计了联锁保护系统防止回火和温度压力选择性控制系统防止脱火。联锁保护系统由压力调节器、温度调节器、流量变送器、火焰检测器、低选器等部分组成。当燃料管道压力高于规定的极限时，压力调节系统通过低选器取代正常工作的温度调节系统，此时出料温度无控制，自行浮动。压力调节系统投入运行保证燃料管道压力不超过规定上限。当管道压力恢复正常时，温度调节系统通过低选器投入正常运行，出料温度重新受到控制。当进料流量和燃料流量低于允许下限或火焰熄灭时，便会发出双位信号，控制电磁阀切断燃料气供给量以防回火。 随着节能技术不断发展，加热炉节能控制系统正日趋完善。以燃烧过程数学模型为依据建立的最佳燃烧过程计算机控制方案已进入实用阶段。例如，按燃烧过程稳态数学模型组成的微机控制系统已开始在炼油厂成功使用。有时利用计算机实现约束控制，使加热炉经常维持在约束条件边界附近工作，以保证最佳燃烧。

步进式加热炉设计计算毕业论文

二 步进式加热炉设计计算 2.1 热工计算原始数据 (1)炉子生产率：p=245t/h (2)被加热金属： 1)种类：优质碳素结构钢(20#钢) 2)尺寸：250×2200×3600 (mm)(板坯) 3)金属开始加热(入炉)温度：t 始=20℃ 4)金属加热终了(出炉)表面温度：t 终=1200℃ 5)金属加热终了(出炉)断面温差：t ≤15℃ (3)燃料 1)种类：焦炉煤气 2)焦炉煤气低发热值：Q 低温=17000kJ/标m 3 3)煤气不预热：t 煤气=20℃ 表1-1 焦炉煤气干成分(%) 废膛(5)空气预热温度(烧嘴前)：t 空=350℃ 2.2 热工计算 2.2.1 焦炉煤气干湿成分换算 查燃料燃烧附表5，3/9.18m g g = 10000124.0100124.0222?+= 干 干 湿O H O H g g O H 100 100%%2湿 干 湿 O H X X -?= 由上式得 %2899.22=湿O H

00 00 25741.56100 2899.21009.57%H =-? =湿 00 00 48184.24100 2899.21004.25%CH =-? =湿 0000 7939.8100 2899.21009%CO =-=湿 0000428336.2100 2899.21009.2%H C =-?=湿 000022702.1100 2899.21003.1%N =-?=湿 000023909.0100 2899.21004.0%O =-?=湿 000020290.3100 2899.21001.3%CO =-?=湿 代入表2—1中，得 表2-1 焦炉煤气湿成分(%) 2.2.2 计算焦炉煤气低发热值 ） （低Λ+?+?+?+??=424214100%8550%2580%3046187.4H C CH H CO Q = ()0 00 000 8336 .2141008184 .2485505741.5625807939 .83046187.4?+?+?+?? =17094.6830 KJ/m 3 误差%557.0%10017000 17000 6830.17094%=?-= 计算值与设计值相差很小，可忽略不计。

加热炉论文

探讨加热炉的主要节能措施及制约因素 潘诚 （塔里木油田公司塔西南石化厂炼油二车间新疆泽普844804） 摘要：本文介绍了加热炉主要的节能途径、主要技术措施及应注意的问题，并阐述了进一步提高加热炉节能水平的制约因素。 关键词：炼油装置加热炉节能热效率 1 前言 自燃料气单价从今年4月1日起由0.51元每方涨到0.81元每方后，加热炉就成了重整装置的能耗大户，其节能措施对于提高装置的节能水平具有重要意义。 本文重点介绍加热炉一些主要节能途径；探讨节能途径的主要技术措施。以及提高加热炉节能水平的制约因素：降低排烟温度，要考虑经济性和露点腐蚀；过分降低炉外壁温度，会导致费用过高；预热空气温度过高对环保不利。提出了进一步提高加热炉节能水平的建议；开发新的余热回收工艺。 2 加热炉节能的主要途径 炼油装置加热炉的节能措施比一般工业炉要灵活得多，这是由于它所加热的工艺介质在经过后续设备完成蒸馏或其他加工过程之后，产品需要冷却到一定温度才能送出下一个装置，冷的原料和热的产品之间往往要进行复杂的热交换。另外，一个装置内常常不只有一台加热炉，还有各种其他设备，它们之间在热能利用方面往往是可以互补的。这就有可能也有必要首先把加热炉同整个装置结合在一起，全面考虑和优化，以便采取综合节能措施。 2.1 优化换热流程，降低加热炉热负荷 炼油装置的特点是：加热炉的热负荷随换热流程的不同而改变。优化换

热流程、降低加热炉热负荷，是减少燃料消耗、降低装置能耗最直接、最有效的措施。以本装置重整炉为例：重整进料前的精制油温度即冷路温度57℃，,经过一组利用反应器出口余热为能量的换热器E1201和E1202后精制油被加热到400℃，然后再经过四合一炉进一步将已有一定温度的（400℃）油气加热到480℃。经过换热流程的优化，原油换热终温(即四合一炉入口温度)从57℃提高到了400℃，重整炉热负荷几乎减少了近80%，取得了显著成果。 2.2 加热炉与其他设备联合回收余热 炼油装置的产品，有一些是要经过空冷才能送出下一个单元的。如果将这些空气冷却器排出来的热空气（例如本装置重整空气冷却器下方或附近的环境温度一般都有50～60℃甚至更高）收集起来供给炉子作燃烧空气或者用来加热冷油，那么就可以回收一部分热能，从而降低装置的能耗。常见的有用热油式空气预热器代替空冷器，将原来空冷的油品引入热油式空气预热器，冷却后送出下一个单元。 2.3 提高加热炉热效率[1] 热效率是衡量加热炉先进性的一个重要指标，其高低关系着炼油装置能耗的高低。可用简化的热效率平衡表达式描述： η＝(1- Q1- Q2- Q3)×100% 式中：η为加热炉热效率；Q 为排烟损失占加热炉总供热的比值，是 1 为不完全燃烧损失占加热炉总供热的比排烟温度和过剩空气系数的函数；Q 2 为散热损失占加热炉总供热的比值。 值；Q 3 2.3.1 降低排烟温度以减少排烟损失[2] 排烟损失在加热炉的热损失中占极大的比例：当炉子热效率较高(例如90%)时，排烟损失所占比例为70%～80%；当炉子热效率较低(例如70%)时，所占比例高达90%以上。 降低排烟温度和降低过剩空气系数都能减少排烟损失。降低排烟温度的主要措施有以下几种：① 减小末端温差，即减小排烟温度与被加热介质入对流室温度之差。这项措施涉及到一次投资和运转费用的权衡问题，应该由

加热炉毕业设计论文

加热炉毕业设计论文 This manuscript was revised on November 28, 2020

目录

1.文献综述 加热炉的概念及分类 加热炉的概念 加热炉是将物料或工件加热的设备。在冶金工业中，加热炉习惯上是指把金属加热到轧制成锻造温度的工业炉。 加热炉的分类 在冶金行业中，一般可把加热炉分为室式加热炉和连续加热炉。 （1）室式加热炉 室式加热炉用于金属坯或锭锻压前的加热。物料加热时不移动；炉内不分段，要求各处炉温均匀，对于大钢锭加热采用周期性的温度制度（即炉温按时间分为预热期、加热期、均热期等）。室式加热炉有两种：固定炉底室式炉和车底式炉。（2）连续加热炉 广义来说，包括推钢式炉、步进式炉、转底式炉、分室式炉等连续加热炉。连续加热炉多数用于轧制前加热金属料坯，少数用于锻造和热处理。主要特点是：料坯在炉内依轧制的节奏连续运动，炉气在炉内也连续流动；一般情况，在炉料的断面尺寸、品种和产量不变的情况下，炉子各部分的温度和炉中金属料的温度基本上不随时间变化而仅沿炉子长度变化。本设计主要研究推钢式连续加热炉。 1）推钢式连续加热炉简介 推钢式连续加热炉靠推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉。料坯在炉底或在用水冷管支撑的滑轨上滑动，在后一种情况下可对料坯实行上下两面加热。炉底水管通常用隔热材料包覆，以减少热损失。为减小水冷滑轨造成的料坯下部的“黑印”，近年来采用了使料坯与水管之间具有隔热作用的“热滑轨”。有的小型连续加热炉采用了由特殊陶质材料制成的无水冷滑轨，支撑在由耐火材料砌筑的基墙上，这种炉子叫“无水冷炉”。 2）推钢式连续加热炉的发展 一段式：是最古老的形式简单的的连续炉。现在几乎不用，钢坯沿着炉子单面加热，因此钢坯的上下面的温差很大。因炉温一段控制，操作不灵活。 二段式：为了弥补上述一段式的缺点，使用水冷滑轨。钢坯上下两面加热，提高了单位炉底面积的的产量，炉温上下两段控制，均热炉的炉温不单独控制，因此也和一段式操作不灵活。

温度自动控制系统的设计毕业设计论文

北方民族大学学士学位论文论文题目:温度自动控制系统的设计 北方民族大学教务处制

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

加热炉温度控制系统毕业论文

加热炉温度控制系统毕业论文 目录 摘要............................................................ I Abstract....................................................... II 第1章绪论.. (1) 1.1 课题背景及意义 (1) 1.2 研究的主要容 (1) 1.3 系统的设计目标及技术要求 (1) 1.4 控制系统的设计原理 (2) 1.5 技术综述 (2) 第2章硬件设计 (4) 2.1 西门子S7- PLC (4) 2.1.1 西门子S7-200主要功能模块介绍 (4) 2.1.2 开关量I/O模块介绍 (5) 2.2 温度传感器 (5) 2.2.1 热电偶 (6) 2.2.2 热电阻 (6) 2.3 模拟量输入模块 (8) 2.3.1 EM231模拟量输入模块 (8) 2.3.2 EM232模拟量输出模块 (10) 2.4 可控硅电压调整器 (11) 2.4.1 可控硅电压调整器简介 (11) 2.4.2 可控硅电压调整器的主要性能指标 (12) 2.4.3 双向可控硅交流调压原理 (12) 2.4.4 可控硅电压调整器在加热炉中的应用 (13) 2.5 本章小结 (14) 第3章炉温PID控制算法 (15) 3.1 PID控制器基本概念 (15) 3.2 PID控制算法数字化处理 (16) 3.3 PID在PLC中的回路指令 (19) 3.4 模拟量采集的数字滤波算法 (21) 3.5 采样周期的选择 (23) 3.6 PID参数整定 (24) 3.7 本章小结 (27) 第4章软件设计 (28) WORD版本.

加热炉先进控制系统设计

目录 摘要 ABSTRACT 第1章引言 1.1题目的背景 1.2 研究现状概述 1.3 题目的意义 第2章 2.1. 加热炉的概况 2.2 先进控制概况 第3章加热炉先进控制设计方案 3.1 延迟焦化加热炉工艺简介 3.2 常规控制方案以及存在的问题3.3 研究内容及预期目标 3.4 先进控制方案设计 3.5 预测函数控制原理 3.6 运用MATLAB进行仿真分析3.7 加热炉先进控制在DCS上实现第4章总结

加热炉先进控制系统设计 摘要 加热炉是炼油化工生产过程中常用的换热设备。作为炼油化工生产的关键设备，加热炉的控制是实现“安、稳、长、满、优”生产操作的关键。但由于加热炉的控制与其上下游的生产过程密切相关，受各种不确定因素和过程干扰的影响较大，难以获得满意的控制效果。 针对采用常规控制出口温度波动大，燃烧状况差等现状，将预测函数控制（PFC）应用于加热炉控制中，设计开发了以计算量小，鲁棒性强的预测函数控制为核心算法，辅以前馈，反馈控制的延迟焦化加热炉先进控制系统。其中分别对加热炉出口温度，烟道内的氧含量和炉膛负压先行先进控制。在MATLAB中的Simulink中进行系统仿真实验。并以CS3000集散控制系统（DCS）为开发平台，充分利用DCS自带的各种常规控制模块，运算和逻辑模块进行控制算法的组态，实现先进控制的各种功能。 它可以克服各种扰动的影响，使被控变量保持在工艺所允许的范围内平稳运行。先进控制系统投运以来，提高了该加热炉的平稳性，增强了鲁棒性，改善了燃烧状况，提高了热效率，稳定了产品质量。 关键词：加热炉；延迟焦化；先进控制；预测函数控制

第1章绪论1.1 背景