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1、-范文最新推荐-1 / 22PID 加热炉温度控制器设计+仿真图+回路图摘要：随着科学的发展和技术的进步，加热炉已广泛应用到各个领域中。工业生产中对加热炉的温度控制要求也越来越高。为了实现加热炉温度控制系统性能的优化，提高控制精度。本论文采用 PID 控制器结合单回路反馈结构来控制系统，提高系统的性能，并在此基础上引入串级控制系统形成对比。单回路系统的加入使得系统性能得到优化，提高加热炉温度控制系统的稳定性。仿真结果表明串级控制系统更能优化控制系统，提高系统性能。4997关键词：加热炉;温度控制;PIDDesign of the Furnace Temperature of Heating C
2、ontrol SystemAbstract: With the development of science and technology, the furnace has been widely applied to various fields. The requirements of the furnace temperature control in industrial production are also increasing. In order to achieve optimal performance Furnace Temperature Control System,
3、improve control accuracy. In this paper, combined with the Single-loop and PID controller feedback structure to control the system, improved system performance, and on this basis introduced the Cascade Control System in contrast. Added a single-loop system allows the system to optimize the performan
4、ce, improve the furnace temperature control system stability. Simulation results show that the Cascade Control System to better optimize the control system to improve system performance.Key Words: Heating Furnace; Temperature Control; PID目录-范文最新推荐-3 / 22摘要 1引言 11.绪论 21.1 研究目的 21.2 研究现状和意义 22.整体设计 42
5、.1 系统结构 42.2 控制方案确定 62.3 串级控制系统 92.4 控制对象的模型及函数抽取 10 1.2.2 研究意义及节能控制加热炉的节能工作是一项集经济、技术和管理于一体的重要工作。在产品的工艺加工过程中，加热炉的温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。目前，国内外在加热炉的节能控制方面主要分为几个方面下手。首先，是对燃烧效率的调高，例如，提高燃空比(燃料-空气比例)、空气预热、尾气循环利用等。其次，主要是耐
6、高温材料的研究，成本比较高，工业复杂。再次，提高控制加热炉的出口温度控制精度、降低加热炉炉膛负压和控制烟气中的氧气指数。以下是加热炉节能控制的几个主要方向。(1) 控制空气 -燃料比；-范文最新推荐-5 / 22(2) 降低燃气热值；(3) 冷空气预热；(4) 耐高温材料的研制；(5) 尾气循环利用。随着经济的发展工业化社会的到来，加热炉的控制精度越来越不能满足工业生产的需要。加热炉的控制要求也越来越高。对于加热炉的控制，从传统的控制仪表到现代的自动控制系统，从人工操作到智能控制，控制方案也在不断的更新。在加热炉温度控制系统中，被控对象具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点，很难
7、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。PID 控制器主要由三部分构成，也就是积分、微分、比例环节。PID 控制原理简单、适用面广、易于实现，当被控对象的内部结构和参数不能完全掌握、难以建立精确的数学模型时，使用 PID 控制技术最为方便。 2. 整体设计2.1 系统结构自动控制系统可以划分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出端口等。加热炉的单回路控制系统主要是以出口温度为控制变量。由于加热炉出口温度控制精度要求非常严格，允许误差范围很小，并要求控制性能也越来越高，同时在控制过程中还可能有干扰因素的介入，
8、为了保证控制系统的性能提高，提高资源利用率，有时对于扰动因素必须加以必要的措施。根据控制要求和期望实现的控制效果，控制方案设计的加热炉温控制系统结构方框图如图 1 所示。控制系统一般由调节对象(加热炉)、检测元件(测温仪表) 、变送器、控制器和执行器等 5 个部分组成。设计单回路负反馈温度控制器系统，构成闭环回路系统，初步-范文最新推荐-7 / 22实现控制效果。其中，控制器是本文设计的核心。同时，为了优化控制系统，提高控制系统的性能，设计加入串级控制系统。系统负反馈电路图如图 2 所示。根据控制对象为加热炉温度的特点，其温度传感器不能采用常用的测温元件。经过查阅文献和借阅资料本文将采用 Pt
9、100 热电阻做为温度传感器，Pt100 是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100 的阻值与温度变化关系为：当 PT100 温度为 0时它的阻值为 100 欧姆，在 100 时它的阻值约为 138.5 欧姆。它的工业原理：当 PT100 在 0 摄氏度的时候他的阻值为 100 欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的，它的测量值范围在 01600，最适合作为加热炉，电阻炉等各种工业炉的温度传感器。Pt100 温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，由传感器和信号转换器组成。温度测量变送器采用 HAKK-WB 系列变送器，调节器接受控制器的控制信号，运用执行元件
10、控制加热炉燃料进出量（燃料传送装置或者调节阀） 。其中可以添加显示器（可选接次要器件，用虚线表示） ；温度传感器传递信号由 A/D 转换器接收，其中转换芯片采用 ADC0809，其转换精度是 1/256。为了提高对控制系统的精度采用高位的 A/D 转换器，其控制精度均能够满足控制的需要。然而根据实际需要温度控制情况，也可以采用零点漂移和冷端补偿的温度变松桥路，缩小测温的范围，从而达到理论的控制精度达到0.1 度。在信号的传递的过程中，采用性能优良的斩波稳零运算放大器 ICL7650，调零放大器在斩波振荡器和时钟电路的控制下轮流为本身的主放大器调零。 图 3 硬件控制电路2.2 控制方案确定随着
11、控制理论的发展，越来越多的智能控制技术，如自适应控制、模型预测控制、模糊控制、神经网络等，被引入到加热炉温度控制中，改善和提高控制系统的控制品质。PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有 70 多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID 控制器结构简单、稳定性好、调整方便、可靠性高目前已经成为现代工业-范文最新推荐-9 / 22生产中的主要控制技术之一。当被控对象的内部结构和参数不能完全掌握、难以建立精确的数学模型时，使用 PID 控制技术最为方便。控制系统设计的核心是 PID 控制器的参数整定。控制参数根据被控过程的特性来确定。PID 控制原理简单、适用面广、易于实
12、现。本文中被控制对象为加热炉温度，故采用 PID控制器作为控制系统的主要原件。目前，PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器（仪表）已经很多。有利用 PID 控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现 PID 控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现 PID 控制的 PC 系统等等。2.2.1 控制器的选定加热炉的控制要求就是根据生产需要提供充足热能，同时保证加热炉在安全、高效率的情况下运作。根据加热炉控制要求，加热炉的控制方案主要满足的是产生足够的热量，高效率与安全生产。工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，
13、以满足生产工艺的要求。PID 控制器是根据 PID 控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须合理选择相应的控制规律，否则 PID 控制器将达不到预期的控制效果。PID 控制器主要由三部分构成，也就是积分、微分、比例环节。不断的调节三个环节参数使其达到降低超调量，增加系统的稳定性，减小稳态误差，提高动态性能。在工程实际中，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠
14、经验和现场调试来确定，这时应用 PID 控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手 图 4 PID 结构图-范文最新推荐-11 / 22采用 PID 调节器组成的 PID 自动控制系统调节炉温。PID 调节器的比例调节, 可产生强大的稳定作用;积分调节可消除静差; 微分调节可加速过滤过程,克服因积分作用而引起的滞后。控制系统通过温度检测元件不断的读取物料出口温度，经过温度变送器转换后接入调节器，调节器将给定温度与测得的温度进行比较得出偏差值，然后经 PID 算法给出输出信号，执行器接收调节器发来的信号后，根据信号调节阀门开度，进而控制燃料流量，改变物料出口温度，实现对物料出口温度的控制。加热炉的单回路控制系统主要是以出口温度为控制变量。
