加热炉生产过程进行计算机控制技术inmyqdxy.doc

吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计 第 第 PAGE \* MERGEFORMAT 1 页 共 NUMPAGES \* MERGEFORMAT 16 页 第1章 绪论 1.1炉温控制的发展现状 电阻炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉。随着镍铬合金的发明，到20世纪20年代，电阻炉已在工业上得到广泛应用。工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等组成。加热功率从不足一千瓦到数千千瓦。工作温度在 650℃以下的为低温炉；650～1000℃为中温炉;1000℃以上为高温炉。在高温和中温炉内主要以辐射方式加热。在低温炉内则以对流传热方式加热，电热元件装在风道内，通过风机强迫炉内气体循环流动，以加强对流传热。电阻炉有室式、井式、台车式、推杆式、步进式、马弗式和隧道式等类型。可控气氛炉、真空炉、流动粒子炉等也都是电阻炉。 50年代，由于计算机的出现，人们开始在实验室、工厂或其它条件中使用用计算机进行数据采集和处理。此时的计算机只起到 “离线”的应用，功能较单一，且过程装置和微机之间没有任何物理上的连接。随着计算机技术的进一步发展，提供了过程装置与计算机之间的接口，人们开始用直接连接方法，使计算机与变送器和执行部件之间的信号双向传递无需人工干涉。1962年，英国帝国工业公司安装了Ferranti Argus计算机控制系统，使用计算机自动控制系统代替模拟仪表控制，即模拟技术由数字技术代替，而系统功能保持不变，计算机控制系统应用真正开始，历经多年的发展，到70年代中期，集散控制系统的发展进入快车道，炉温控制在工矿企业中逐步兴起，控制方式也不断改进，算法不断深入 ，整体技术趋于成熟。 我国对加热炉生产过程进行计算机控制技术的研究从80年代开始。随着计算机技术、检测设备、电器仪表的提高，90年代初开始我国钢铁企业使用计算机控制温控炉逐渐增多，自动化控制程度不断提高，由于各自使用条件和生产过程的不同，所取得的成效各不相同。目前我国在自动化控制理论方面同外国同行业水平相差不大，但在实际应用上与日本、欧美等计算机技术发达的国家相比较还有很大的差距。从20世纪90年代末国内许多老企业，都对加热炉进行了计算机燃烧控制方面的升级，从国外进口先进的计算机设备，仪表部分采用国产的，整套的进口自动控制设备开始出现在一些大型企业中。 1.2炉温控制技术发展趋势 随着人工智能概念的提出，炉温控制领域出现了另一条理想的途径就是人工智能化直接监测火焰性能控制燃烧的方法，类似人工烧钢通过观察火焰颜色判断 燃烧情况。但是由于钢厂的加热炉非常大，长30、40m以上，宽5m以上，是一个非线性、大惯性延迟的控制系统，钢锭、炉汽、墙壁之间的传热过程是非线性的，非常复杂，影响燃烧控制的不确定因素在诸多方面都存在，到目前还没有理想的解决方案。近年来，随着人工智能理论的不断发展和实用化，以及计算机技术的进步和检测设备、仪表性能的提高，模糊控制、专家系统等技术正在这一领域得到越来越多的应用。量子物理浮点思想以及蒙特卡洛随机思想在自动控制方面也吸引了国内外研究者的目光。 第2章?控制系统设计 ?2.1?系统设计? 本系统结构框如图2-1所示，系统由8051单片机、温度检测电路、模数转换电路、温度控制电路、8279键盘显示器等组成。炉内温度由热电阻测温元件和电阻元件构成的桥式电路测量并转换成电压信号送给放大器的输入端，使信号变成0-5V电压信号，再经多路转换开关CD4051将信号送入A/D转换器，将此数字量经过数字滤波，标度转换后，一方面通过LED将炉温显示出来；另一方面，将该温度值与被测温度值比较，根据其偏差值的大小，采用比例微分控制（PID控制），通过固态继电器控温电路控制电炉丝的加热功率大小，从而控制电炉的温度，使其逐渐趋于给定值且达到平衡。 设计一个基于闭环直接数字控制算法的电阻炉温度控制系统。具体化技术指标如下： 1.电阻炉温度控制在0-500℃； 2.加热过程中恒温控制，误差为±2℃； 3.LED实时显示系统温度，用键盘输入温度，精度为1℃； 4.采用直接数字控制算法，要求误差小，平稳性好； 5.温度超出预置温度±5℃时发出报警。 ? 图2-1?系统结构框图 2.2 设计方案选择 根据题目要求，温度控制器是由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成，所以本设计要考虑这些模块器件的选型以及所设计出来的温度控制器的可行性，其主要有以下几种设计方案。? 方案一：采用8051作为控制核心,以使用最为普遍的器件ADC0809作模数转换,控制上使用对电阻丝加电使其升温。此方案在理论上是可行的，所选器件的价格便宜，但8031内部没有程序存储器,需要内存扩展，增加了电路的复杂性，