电阻炉炉温控制系统的研制

中文摘要I摘要电阻炉作为工业炉窑中的一种常用的加热设备被广泛的应用于工业生产中。对电阻炉温度控制精确与否将直接影像到产品的质量和生产效率。电阻炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，开关炉门，加热材料，环境温度以及电网电压等都影像控制过程，传统的电阻炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热要求。本文将PID控制算法引入到传统的电阻炉控制系统中，借此提高其控制效果。设计一个控制精度高，运行稳定的电阻炉温度控制系统是很有必要的。本设计是以电阻炉温度为被控对象，单片机为核心的一种控制系统。其中以K型热电偶作为温度传感器。AT89c51单片机为控制核心，PID运算规律作为控制算法。文化中详细介绍了该控制系统的硬件电路设计。软件电路设计及PID控制算法。在对电阻炉温度控制系统的研究之后，本设计主要完成温度控制系统的总体方案设计，硬件原理图的绘制，信号调理电路的设计，固态继电器的应用及温度控制电路的设计同时也完成了系统程序设计，并通过软件完成了对温度的控制功能。关键词：电阻炉温度控制PID算法单片机AbstractIITheDesignofTemperatureControlSystemofResistanceFurnaceAbstractResistancefurnacewaswidelyusedinindustrialproduction,theeffectofthetemperaturecontrolofResistancefurnacehasadirectimpactonproductqualityandproductivity.Therefore,thedesignofhigh-precisioncontrolandstableoperationoftheresistancefurnacetemperaturecontrolsystemhasahighapplicationvalue.Inthisdesign,theresistancefurnaceasacontrolledobject,singlechipasthedesignofacontrolunit.WhichtypeofthermocoupletemperaturesensorasK,AT89c51microcontrollerascontrolcoreandPIDcontrolalgorithmforoperationrule,Thispaperintroducesthecontrolsystemofthehardwarecircuit,softwaredesignandthePIDcontrolalgorithm.Ontheresistancefurnacetemperaturecontrolsystem,thedesignofthemaincompletedtheoverallschemeofthetemperaturecontrolsystemdesign,hardwarecircuitprinciplediagram,thesignalofthetemperaturecontralcircuitdesignofthesystem,meanwhilefinishtheprogramdesign,throughthesoftwarecontroltocompletethefunctionoftemperaturecontrol.Keywords：TheresistancefurnaceTemperaturecontrolPIDcontrolSingle-chipmicrocomp目录1目录第一章绪论.....................................................11.1课题研究的背景意义...........................................11.2课题国内外研究现状及趋势.....................................21.3本文的主要内容...............................................3第二章总体设计及其方案论证.........................................52.1设计工艺流及其要求...........................................52.2不同方案比较................................................52.3研究内容....................................................62.3.1设计原理................................................62.3.2方框图..................................................62.3.3系统组成................................................72.3.4控制算法................................................7第三章硬件设计.....................................................93.1系统设计原理................................................93.2单片机的选择...............................................103.2.1单片机AT89c51的介绍...................................103.2.1.1AT89C51单片机的功能特性...........................103.2.1.2AT89C51单片机的基本组成...........................113.2.1.3AT89C51单片机引脚及其功能.........................123.2.1.4单片机的复位电路..................................133.2.1.5单片机的时钟电路...................................143.3前向通道设计..............................................153.3.1温度检测电路设计.......................................153.3.1.1K型热电偶的介绍...................................153.4后向通道设计..............................................213.4.1温度控制电路.........................................213.4.2继电器的工作原理和特性...............................223.4.3继电器主要产品技术参数...............................233.4.4继电器测试...........................................233.4.5继电器的电符号和触点形式.............................243.4.6继电器的选用.........................................243.5外围接口电路设计...........................................253.5.1显示电路设计..........................................253.5.2键盘电路设计..........................................263.5.3报警电路设计...........................................283.5.4通信电路设计...........................................283.6电源设计..................................................293.7抗干扰设计................................................303.7.1抗干扰渠道............................................303.7.2抗干扰措施............................................30第四章系统软件设计................................................324.1设计思路....................................................32目录24.2程序设计....................................................384.1.1程序设计...............................................384.1.2显示字程序设...........................................444.1.3按键字程序.............................................494.1.4PID算法子程序..........................................54总结...............................................................58致谢...............................................................59参考文献...........................................................60长春工业大学本科生毕业论文1第一章绪论电阻炉是工农业生产中常用的电加热设备,广泛应用于冶金、化工、电力工程、造纸、机械制造、建材和食品加工等诸多生产过程中，而大功率的电阻炉则应用在各种工业生产过程中。在生产过程中要对各类加热炉、热处理、反应炉和锅炉的温度进行检测和控制，所以温度是工业控制的对象中比较重要的参数之一。电阻炉是工业炉的其中之一，是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加温或熔化工件或者物料的加工设备。然而，大多数电阻炉存在着各种干扰因素，将会给工业生产带来极大的不便。因此，在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适的芯片及控制算法是非常有必要的。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。本设计要求采用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。1.1课题研究的背景意义近几年来，我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，温度已成为工业对象控制中一种重要的参数，特别是在冶金，化工，机械等各类工业中，广泛使用各种加热炉，热处理炉，反应炉等。由于炉子的种类及原理不同，因所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气，天然气，油电等。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，选用的燃料，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（Exper