电加热炉温度控制系统设计方案.pdf

电加热炉温度控制系统设计方案 绪论 电加热炉的出现， 给人类的生活带来了很多方便， 使人类不管是在生活还是在工业 方面都有了很多便利之处。 但是电加热炉主要应用还是在生产过程、 实验室及研究所。 电加热炉本身可由多组炉丝提供功率， 用多组温度传感器检测炉温度， 因此电加热炉 属多区温度系统。 控制理论从经典理论、 现代理论已经发展到更先进的控制理论， 控 制系统也由简单的控制系统、 大系统发展到今天的复杂系统。 本文讨论的电加热炉炉 温控制系统由上下两组炉丝进行加热，用上下两组热电偶检测炉温。 本文所采用的电加热炉温度控制，采用的是适用于工业控制的 8051 单片机组成的 控制系统。 为了降低电加热炉的成本， 系统要求采用实现温度闭环控制， 控制温度误 差围 5°C，调节温度的超调量小于 30%，系统被测参数是温度， 由单片机 PID 运算得 出的控制量控制光控可控硅的导通和关断，以便切断或接通加热电源，调整电功率， 从而控制电加热炉的温度稳定在设定的值上， 并实时显示炉温度， 记录温度的变化过 程， 以更好的控制电加热炉工作。 本系统较理想地解决了炉温控制中平稳性、 快速性 与精度之间的矛盾。 电加热炉是一种将电能转换为热能， 在工矿企业和日常生活中， 是一种常见的设备。 在社会发展的今天，电加热炉的使用，即可以提高生产效益，节约能源，也减少了环 境的污染，在社会经济发展和改善人民生活质量等方面的优点早已成为社会的共识。 随着社会经济的不断发展， 科技水平的进步， 人民生活水平的提 4 高，将使社会带 入一个新的阶段。 人们对热能的需求质量越来越大， 电加热炉的优越性越发的突出来， 这样就出现了一个问题， 由于传统的电加热炉存在一定的弊端而造成能源的浪费， 导 致其生产效率低， 其主要原因是缺少有效的调节设备， 导致的浪费。 如何解决这一问 题，满足社会的需求，设计得更加科学、合理，在全国仍在探讨。并且现代电加热炉 的控制方法由于数学深奥、 算法复杂、 现场工程师难以理解和接受， 因而先进控制算 法的推广受到制约， 为克服以上种种困难， 将来的电加热炉以控制算法简单， 静动态 性能好的特点， 有较高的实用价值和理论价值， 特别是以节约能源、 保护环境的方向 发展。 1. 电加热温度控制系统的构成 此次设计的电阻炉温度控制系统，主要包括 8051 单片机、温度控制检测元件和变 送器、 A/D 转换器、键盘与显示器、温度控制电路和报警电路等几个部分。 1.1 各主要芯片的在电加热炉温度控制系统中的功能。 首先该系统选用性能价格比较高的适用于工业控制 MCS— 51 系列单片机 8051 作为 主机， 具有控制方便、 简单和灵活性等特点， 而且可以大幅度提高被控温度的技术指 标，从而能大大提高产品的质量和数量。 其次是应用了定时 / 计数器。定时 / 计数器控制寄存器 TCON的作用是控制定时器的 启、停，标志定时器的溢出和中断情况。 此外还应用了锁存器 74LS373。74LS373片是 8 个输出带三态门的 D锁存器，缩存 器中容可以根据设置的电平的高低对容进行更新和保存。 还有应用到了光控可控硅。 晶闸管又叫硅可控整流元件，