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1、题 目：电阻炉温度控制系统设计55）电阻炉温度控制系统设计摘 要随着科学技术的飞速发展，控制理论不断丰富和完善，控制技术也在向智能化、开放性、高可靠性的方向发展。目前常用的控制方式有智能化仪表、PLC、DCS，它们可组成各种控制系统以满足不同的控制要求。其功能越来越强大、性能也越来越完善，并具有控制精度高、抗干扰能力强、防爆性强等特点。本文研究的是电阻炉的温度控制系统，由于电阻炉在生产和生活中的应用比较广泛，所以电阻炉的温度控制就显得尤为重要了。建立一个控制系统首先要针对控制对象进行研究，本设计的研究对象是实验室现有的管式电阻炉，因此本文对其进行了对象性能测试。然后针对电阻炉的特点，提出了利用
2、数字调节器、固态继电器等器件组成温度控制系统，通过调节参数实现对电阻炉温度的控制。这种方法经济、简单、易操作，控制精度高。最主要的是：学会了利用实验室现有的设备去掌握设计一个控制系统，更深刻的理解设计控制系统的思想，为以后的学习、工作打下了坚实的基础。关键词：电阻炉；对象特性测试；控制系统；PWM；调节器Resistance furnace temperature control systemAbstractAlong with sciences and technologys swift development, the control theory is unceasingly rich
3、and is perfect, the control technology also to the intellectualization, openness, the redundant reliable direction develops. At present the commonly used control mode has the intellectualized measuring appliance, PLC, DCS, they may compose each kind of control system to satisfy the technique of prod
4、uction the request. Its function is getting more and more formidable, the performance to be getting more and more perfect, and has the control precision to be high, antijamming ability is strong, What the explosion-proof strong and so on characteristic this article studies is resistance furnaces tem
5、perature control system, because resistance furnace in produces and in the life application is quite widespread, therefore resistance furnaces temperature control appeared especially important, established a control system first to aim at the controlled member to conduct the research. This designs o
6、bject of study is the laboratory existing tubular resistance furnace, therefore this article has carried on the object performance test to it. Then in view of resistance furnaces characteristic, proposed use component composition temperature control systems and so on digit regulator, solid state rel
7、ay, realize through the adjustment parameter to the resistance furnace temperature control. This method economical, simple, easy to operate, the control precision is high. What is most main: Grasps using the laboratory existing equipment designs the work which a control system , the more profound un
8、derstanding design control systems thought that for the later study, the work has built the solid foundation.Key word: resistance furnace；characteristics of the test object；control system；PWM；regulator内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目录摘 要IAbstractII目录III第一章 引言11.1电阻炉的概述11.2电阻炉温度控制系统的应用与发展2第二章 电阻炉的温度控制系统设计概述42.1
9、 总体方案设计42.2 设计要求42.3 设计原理4第三章 电阻炉温度特性的测试、记录及分析63.1 电阻炉温度特性测试63.1.1 对象特性测试中所用仪表63.1.2 对象特性测试原理63.1.3 进行温度特性曲线测试的仪器仪表的接线图63.2 温度特性曲线的记录与分析83.2.1 温度特性曲线的记录83.2.2 温度特性曲线试验结果的数据处理的方法93.2.3 温度特性曲线数据处理14第四章 电阻炉温度控制系统的设计174.1 电阻炉温度控制系统的实现过程174.1.1 电阻炉温度控制系统的系统方框图及调节过程174.1.2 仪器仪表介绍17第五章 电阻炉温度控制系统的参数整定及系统调试3
10、15.1 温度控制系统的实现线路315.1.1 系统的连线框图315.1.2 系统的连接线路及自动控制过程315.2 PID调节器及其参数的整定315.2.1 P、I、D各运算规律的作用315.2.2 PID参数的整定方法355.2.3 系统的PID整定结果及分析38总结40参考文献42附录A 系统接线端子图44附录B PWM电路原理图45附录C PWM程序46致谢52第一章 引言1.1电阻炉的概述工业炉是在工业生产中利用燃料燃烧或电能转化的热量将物料或工件加热的热工设备。机械工业应用的工业炉有多种类型，在铸造车间，有熔炼金属的冲天炉、感应炉、电阻炉、电弧炉、真空炉、平炉、坩埚炉等；在锻压车间
11、，有对钢锭或钢坯进行锻前加热的各种加热炉，和锻后消除应力的热处理炉；在金属热处理车间，有改善工件机械性能的各种退火、正火、淬火和回火的热处理炉；在焊接车间，有焊件的焊前预热炉和焊后回火炉；在粉末冶金车间有烧结金属的加热炉等。自1973年能源危机以来，开发新能源和节约燃料引起世界各国的普遍关注。工业炉是我国能源的一大用户，它所耗用的能源占全国总能耗的25%，热轧生产用各种加热炉的能耗约占全厂总能耗的60%以上。因此，降低它们的能耗是很有意义的，实施自动控制是一种有效的途径3。电阻炉是工业炉的一种，它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。电阻炉在机械工业中用于金属锻
12、压前加热、金属热处理加热、钎焊、粉末冶金烧结、玻璃陶瓷焙烧和退火、低熔点金属熔化、砂型和油漆膜层的干燥等。自从发现电流的热效应(即楞茨-焦耳定律)以后，电热法首先用于家用电器，后来又用于实验室小电炉。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；6501000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。
13、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。与其它的工业炉相比，电阻炉具有发热部分简单，对炉料的种类限制少，炉温控制精度高，容易实现在真空或控制气氛中加热等特点。因此电阻炉广泛应用于冶金、机械、材料等行业，是发展最早，品种规格最多，需要量最大的一类工业炉。电阻炉按其加热方式不同，可以分为间接电热和直接电热两大类。前者依靠电流通过炉内的电热体或导电液体产生热量，再经过一定的传热过程将热量传给被加热的物体。目前大多数的电阻炉都属于这一类。后者是电流直接通过被加热的物料，依靠物料本身的电阻发热。间接电热电阻炉的电热原理：电流通过炉内
14、的专门电阻发热即电热体所产生的热量，借热辐射、对流和传导将热量传递给被处理的物料，这种电炉称为间接电热电阻炉。其特点是：采用不同材料的电热体可在炉内达到不同的最高工作温度;采用不同的电热体安装和布置方式，可在炉内得到各种所需的温度分布以及做成各种形式和大小的炉子。所以间接电热电阻炉是工业生产和科研中应用最广泛的一种炉子。1.2电阻炉温度控制系统的应用与发展现在所说的电阻炉温度控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。70年代中期，由于设备
15、大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求。在此情况下，在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器(DDC)的自控和计算机技术的基础上，开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散控制系统 (DCS)。因而将集散控制系统 (DCS)应用到电阻炉温度的控制上，可以提高控制精度，可靠性和安全性。从90年代开始，陆续出现了现场总线电阻炉温度控制系统、基于PC的电阻炉温度控制系统等。 目前，由于控制的目的、工艺要求、精度要求的不同，可以采用不同的控制方式。控制方式的使用范围也不同：PLC适用于离散过程控制，如开关、顺序动作执行等场所，随着PLC的功能越来越强大，PLC也开始进入过程自动化领域。DCS系统则以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制，它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。而现场总线的突出特点在于它把集中与分散相结合的DCS集散控制结构，变成新型的全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身实现基本控制功能。在本设计中以电阻炉为研究对象，利用实验室现有的管式电阻炉和一系列的数字化仪表来完成电阻炉的温度控制系统。通过改变调节器的比例带、积分时间和微分时间来实现对电阻炉的温度控制。当系统处于平衡
