电烤箱温度控制系统讲述.docx

电烤箱的炉温控制系统设计作者姓名：王维洲作者学号导教师：孟红记鲍艳学院名称：信息科学与技术学院专业名称：测控技术与仪器东北大学2016 年 1月摘要随着科学技术和生产的发展，对温度控制的要求也越来越高，本设计主要是实现单回路PID炉温的控制。单回路温度控制系统主要由计算机，采样板卡，控制箱，加热炉体组成。是由计算机完成温度采样，控制算法，输出控制，监控画面等主要功能。控制箱装有温度显示与变送仪表，控制执行机构，控制量显示，手控电路等。加热炉体由烤箱改装，较为美观适合实验室应用。计算机控制系统一般由控制计算机、A/D与D/A接口、执行机构、被控对象、检测元件和变送器组成。本实验控制系统主要由计算机、电烤箱、智能控制仪表、固态继电器、通讯模块、电压数显表等构成，其中智能控制仪表、固态继电器、通讯模块、电压数显表安装于控制箱上。本设计通过调节PID参数来实现炉温系统的控制。关键词：单回路温度控制系统，PID控制，加热炉体，智能控制仪表，温度变送器，热电阻，可控硅 目录摘要I第1章课程设计目的与任务11.1课程设计目的11.2课程设计任务与要求1第2章炉温控制系统的组成22.1设计所需设备及参考资料22.1.1 设备22.1.2 参考资料22.2炉温控制系统硬件组成22.2.1 实验设备22.2.2 设备通讯42.2.3 智能控制仪表CD901简介52.3试验装置连线步骤72.4炉温控制系统硬件工作原理72.4.1 前向通道工作过程72.4.2 反馈通道工作过程8第3章人机界面制作93.1软件设计目标93.2人机界面制作93.2.1 建立新工程93.2.2 画面的制作123.3画面的制作123.4建立数据词典133.5建立动画连接143.6调试运行16第4章 PID控制作用及参数整定174.1 PID的作用174.2 PID控制器参数的整定174.3一般PID控制算法174.4工程整定方法介绍194.4.1 建立新工程194.4.2 临界比例带入法204.4.3 经验法214.4.4 电烤箱传递函数开环响应切线法参数整定224.4.5 PID参数调节控制23结论27心得体会28参考文献30课程设计目的与任务课程设计目的本课程是隶属于实践性教学环节。通过过程控制系统课程设计这一教学实践环节，使学生能在学完自动检测技术及仪表、过程控制仪表、过程控制系统等课程以后，能够灵活运用相关基本知识和基本理论模拟设计一个过程控制系统，以期培养学生解决实际问题的能力。课程设计任务与要求在基本掌握过程控制常规控制方案的工作原理及参数整定步骤的基础上，针对一个电烤箱设计炉温控制系统。具体要求：(1) 电烤箱控制系统的工作方案设计、设备选型及其连线；(2) 炉温控制系统的对象-传递函数确定；(3) 单回路PID炉温控制的实现；(4) 利用组态王软件编制上位机监控软件；(5) 撰写规范化的说明书一份。炉温控制系统的组成设计所需设备及参考资料设备电烤箱：1个；控制装置：1套；组态王软件：1套；温度测量元件：1个；双向可控硅调压元件：1个。参考资料过程控制系统组态王培训教程相关设备元件的说明书炉温控制系统硬件组成实验设备实验控制系统主要由计算机、电烤箱、智能控制仪表、固态继电器、通讯模块、电压数显表等构成，其中智能控制仪表、固态继电器、通讯模块、电压数显表安装于控制箱上。监控计算机通过串行通讯与温度控制器（单回路控制器）连接，实现数据采集、操作和记录的功能。温度对象由烤箱改造而成，增设风扇冷却装置，加热由烤箱原加热部件实现。由温度控制器输出一路控制信号连接至固态继电器，驱动电烤箱加热单元；另一路控制信号连接至风扇用于冷却。设计热电阻检测烤箱内温度，检测输入热电阻信号连接至温度控制器反馈端。其原理结构如图2.1所示。双温室实验对象将烤箱用隔板隔成两部分，控制装置同样设置配置完全相同两套，安装于统一的控制箱上。控制箱面板布置图如图2.2所示。图2.1温度试验系统功能结构图图2.2控制箱面板（单套控制系统）本实验的检测元件为热电阻pt100。热电阻最大的特点是工作在中低温区，性能稳定，测量精度高。本系统中电炉的温度被控制在0～300度之间，为了留有余地，我们要将温度的范围选在0～400度，它为中低温区，所以本系统选用的是热电阻pt100作为温度检测元件。交流固态继电器是一种无触点通断电子开关,为四端有源器件。其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端,中间采用光电隔离,作为输入输出之间电气隔离(浮空)。在输入端加上直流或脉冲信号,输出端就能从关断状态转变成导通状态(无信号时呈阻断状态),从而控制较大负载。整个器件无可动部件及触点,可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能。固态继电器如图2.3所示，电压数显表如图2.4所示。图2.3固态继电器