原料油加热炉温度控制系统.docVIP

辽 宁 工 业 大 学 计算机控制技术课程设计（论文） 题目： 原料油加热炉温度控制系统 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 自动化091 学 号： 090302007 学生姓名： 李承赫 指导教师： 于洋 起止日期： 2012.12.19— 12.28  摘 要 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、时变性、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。 加热炉是生产中常用的设备之一。工艺要求被加热物料的出口温度保持在60±0.5℃。影响炉出口温度的因素：被加热物料的流量和初温；燃烧压力的波动、流量的变化、燃料热值的变化；烟囱的抽力变化等。对原料流量及燃料影响起到抑制作用，且系统无余差本。设计要求采用单片机作为控制器，控制算法采用积分分离PID控制，由键盘进行温度控制值的选择，并显示温度。 关键词：加热炉、PID 目 录 第1章 绪论 1 第2章 课程设计的方案 2 2.1 系统组成总体结构 2 2.2 数字控制器设计 3 2.3 电源 3 2.4 采样测量 4 2.5 驱动执行部分 5 第3章 硬件设计 6 3.1 单片机最小系统设计 6 3.2 模数转换模块 6 3.3 LED显示模块 8 3.4 键盘模块 9 3.5 通信模块 9 3.6 数模转换 10 第4章 软件设计 11 4.1 主程序流程图 11 4.2 A/D转换和数剧采集 12 4.3 D/A转换和控制 13 4.4 系统的原理图 13 4.5 在Simulink上进行仿真并整定PID参数 14 第5章 课程设计总结 15 参考文献 16 绪论 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、时变性、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。 本课程设计要求以工业退火炉作为被控对象，采用8位单片机作为计算机控制核心，实现退火炉多点温度信号的采集、运算及控制。 退火炉数学模型为: ， 其中，，。要求给定温度800℃，温度误差小于5%。 控制算法选用PID控制 课程设计的方案 系统组成总体结构 温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统。温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，当今计算机控制技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用电子线路进行PID调节的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。 温度是一个非线性的对象，具有大惯性的特点，在低温段惯性较大，在高温段惯性较小。对于这种温控对象，一般认为其具有以下的传递函数形式： 图2-1 系统硬件结构框图 采用以单片机为控制核心的控制系统，尤其对温度控制，可达到模拟控制所达不到的效果，并且实现显示和键盘设定功能，大大提高了系统的智能化。通过对机内数字PID参数的设置对受控对象的精确控制。使得系统所测得结果的精度大大提高。 数字控制器设计 增量式PID控制算法公式为： 其中： 由上式可以看出，如果计算机控制系统采用恒定的采样周期T，一旦确定A、B、C，只要使用前后三次测量的偏差值，就可以由上式求出控制量。 增量式PID控制算法与位置式PID算法相比，计算量小得多，因此在实际中得到广泛的应用。 电源 本系统所需电源有220V交流市电、直流5V电压和低压交流电，故需要变压器、整流装置和稳压芯片等组成电源电路。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有+-10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后,还需要接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直