热处理炉温度控制系统

热处理炉温度控制系统工自0911第一组题目要求•电热棒直接加热，温度控制在1000℃，•控制精度1%•对检测环节、控制环节、执行机构、控制规律选择、PID参数的整定设计思想•本设计采用STC12C5A60S2单片机为热处理炉温度控制系统的核心器件。•温度检测环节采用热电偶传感器。•执行机构采用晶闸管。•控制算法采用C语言PID调节。STC12C5A60S2•指令代码与8051兼容•处理速度比8051快8-12倍•8路高速10位AD—速度25万次每秒•2路PWM•2路UART等•STC12C5A60S2实物照片STC12C5A60S2内部结构热电偶的基本原理•将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。热电偶优点•在高温下,热电偶可能是唯一的选择。•①测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的温度传感器热电偶从-100~+1800℃均可边续测量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。③构造简单，使用方便。温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电偶的种类•常用温度传感器热电偶可分为标准温度传感器热电偶和非标准温度传感器热电偶两大类。所调用标准温度传感器热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的温度传感器热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化温度传感器热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化温度传感器热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化温度传感器热电偶我国从1988年1月1日起，温度传感器热电偶和温度传感器热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化温度传感器热电偶为我国统一设计型温度传感器热电偶。热电偶要求•①组成温度传感器热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；③补偿导线与温度传感器热电偶自由端的连接要方便可靠；④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。热电偶传感器•热电偶传感器是一种将温度变化转换为电势变化的传感器。在工业生产中，热电偶是应用最广泛的测温元件之一，其主要优点是测温范围广可以在1K至2800‘C的范围内使用，精度高性能稳定，结构简单，动态性能好，把温度转换为电势信号便于处理和远距离传输。热电偶传感器选择•在相对比较下我们选择了铂铑30－铂铑6材料的热电偶传感器•分度号B•测量范围0－1800℃•基本误差±0.25%PID算法•在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象──“一阶滞后＋纯滞后”与“二阶滞后＋纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD、…）。位置式PID算法•由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差计算控制量，而不能像模拟控制那样连续输出控制量量，进行连续控•增量式PID算法增量式PID•所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量kuΔ。当执行机构需要的控制量是增量，而不是位置量的绝对数值时，可以使用增量式PID控制算法进行控制。•PID选择由于温度控制反映比较慢PID采样周期比较大我们选择了增量式PID算法控制器参数整定•指决定调节器的比例系数Kp、积分时间Ti、微分时间Td和采样周期Ts的具体数值。整定的实质是通过改变调节器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。•整定调节器参数的方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法有对数频率特性法和根轨迹法等；工程整定法有凑试法、临界比例法、经验法、衰减曲线法和响应曲线法等。工程整定法特点不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定方法简单、计算简便、易于掌握。晶闸管的基本结构•晶闸管（SemiconductorControlledRectifier简称SCR）是一种四层结构（PNPN）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。它有三个引出电极，即阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。其符号表示法和器件剖面图如图所示。晶闸管的特点•晶闸管的基本结构是PNPN结构，四层结构的物理模型是晶闸管工作原理的物理基础。主要特征是，在伏安特性曲线的第一象限内，都具有负阻特性。•晶闸管在正向（第一象限内）工作时，具有稳定的断态和通态，而且可以在断态与通态之间互相转换，它是晶闸管族系的共同特点。处于断态的晶闸管，当加上足够大的触发电流时（几号安~几百毫安），器件便会提前转折而导通。器件可以通过（1~1000A）以上的大电流，正向压降很小，晶闸管导通后，撤去门极电流，器件仍能维持导通状态，直到阳极电流下降到低于，器件才会重新回到阻断状态。所以晶闸管和一般的整流管不同，它具有“可控”整流的特点。•晶闸管由断态转变为通态的触发方式，即可以采用电压转折，也可以用电信号、光信号以及温度变化等方式来实现。因而可利用不同的触发方式制造出使用各种用途的派生器件。•在反向工作区（第三象限），除了具有阻断能力外们也可以通过适当的结构设计，使之也能从断态转化通态或反向导通，实现反方向也能导电，如双向、逆导管。•与功率开关晶体管相比，晶闸管具有特殊的优点。晶闸管工作时，主电流流通的全过程，控制信号（基极电流）必须维持，使得控制回路消耗较多的功率。而且晶闸管则不同，一旦导通，撤去控制信号，使得控制回路大为简化。由于晶闸管只能工作在大电流、低电压的通态或者高电压、小电流的正向或反向阻断状态。在这两种情况下，器件本身消耗的功率与器件以开关方式进行转换的功率相比是微不足道的。•温度变化通过热电偶传感器转换成电势变化经过处理转换成0到5V电压信号•STC12C5A60S210AD位采样电压•C语言增量式PID调节输出晶闸管的触发脉冲相位•晶闸管控制电热棒功率大小达到控制炉温的要求热处理炉温度控制系统概括热处理炉温度控制系统方框图元器件清单•MCU—STC12C5A60S2•晶闸管•同步变压器•热电偶传感器•普通常用器件等谢谢观赏