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1、装订线加热炉温度控制系统设计摘要 加热炉温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械等各类工业控制中，并且在国民经济中占有举足轻重的地位，本文介绍了一种基于单片机的加热炉温度控制系统。本系统以单片机AT89C51为核心，由温度检测、变送及转换电路、控制电路、显示电路、键盘电路、报警电路等组成。本系统通过热电偶温度传感器对温度进行实时检测、变送并通过A/D转换电路转换为数字信号送给单片机，单片机对温度数据进行数字处理并进行PID运算计算出控制量，来改变固态继电器的导通和关断的时间，从而改变加热功率实现对温度控制。其中键盘电路可以对温度进行预设；显示电路可以显示当前温度，直观易懂，让人一目了然；当炉内温
2、度过高或过低时，将会进行声光报警。该系统硬件成本低，控温精度较高，可靠性好，抗干扰，具有适合企业大规模生产的产品实用性。关键词 加热炉； AT89C51； PID控制； 温度控制The Design of The Heating Furnace Temperature Control SystemAbstract The heating furnace temperature control system is widely used in metallurgy, chemical industry, machinery and other kinds of industrial contro
3、l, and has play a decisive role in the national economy status, this paper introduces a kind of furnace temperature control system based on SCM.The AT89C51 microcontroller system as the core, by the temperature detection, transmission and conversion circuit, control circuit, display circuit, keyboar
4、d circuit, alarm circuit. The system through the thermocouple temperature sensor for temperature in real-time detection, transmission and conversion through the A/D is converted to a digital signal to the microcontroller, microcontroller for digital processing of temperature data and PID operations
5、to calculate the control quantity, to change the solid state relay turn-on and turn-off time, thus changing the heating power of the temperature control. The keyboard circuit may be preset temperature; display circuit can display the current temperature, intuitive and easy to understand, let people
6、stick out a mile; when the furnace temperature is too high or too low, will alarm.The hardware of this system is low cost, high temperature control accuracy, good reliability,anti-interference, which is suitable for the product is practical for large-scale production enterprises.Keyword Heating furn
7、ace； AT89C51； PID control； Temperature controlI目 录第1章 前言11.1本课题的研究目的和意义11.2本课题的国内外研究现状11.3本课题的主要内容及要求2第2章 总体方案设计32.1 方案论证32.2 方案设计3第3章 系统硬件设计53.1 单片机部分53.1.1 AT89C51简介53.1.2 晶振电路73.1.3 复位电路73.2 温度检测及变送电路83.3 A/D模数转换电路93.4 控制电路123.5 键盘显示电路143.5.1 键盘电路143.5.2 LED显示电路143.6 报警电路16第4章 控制算法设计18第5章 系统软件设计2
8、15.1 系统流程图215.2 程序清单23第6章 总结30致谢31参考文献32i第1章 前言1.1本课题的研究目的和意义温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。在工业生产过程中为了高效地进行生产必须对生产工艺过程中的主要参数如温度、压力、流量、速度等进行有效的控制其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。如冶金工业的加热炉、电力工业的锅炉、化学工业的反应炉等设备通过对温度的监控保证产品的质量5。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。随着社会的发展， 加热炉温度控
9、制系在统冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等领域中都有着极为重要的作用。各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等的要求也越来越高。为了生产的安全，高效率与自动化人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制等等3。因此一个低成本且拥有较高的高精度，高稳定性的温度控制系统对工业生产有着极其重要的意义。加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。1.2本课题的国内外研究现状加热炉温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在农业生产、国防
10、、科研以及日常生活等领域占有重要的地位3。加热炉炉温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对加热炉温度控制精度要求的不断提高，加热炉温度控制系统的控制技术得到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于PLC的温度控制系统，基于工控机(IPC)的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。随着新技术的不断开发与应用1，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、
11、石油等各个行业。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛5，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重
12、视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。PID调节是连续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。PID控制结合了人的思维和经验，是一种用机器语言实现的同时有模拟人的思维进行判断推理来控制被控对象的智能方法。它具有高度的非线性，能使目标系统达到非常好的控制效果，同时与其它控制方式进行比较具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象“一阶滞后纯滞后”与“二阶滞后纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质
13、校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活，所以本系统采用PID控制算法。随着微机控制技术的发展，用微机构成构成计算机控制系统，具有较高的可行性和经济价值2。但是，目前国内的一些生产企业和研究机构主要开发一些大型微机控制系统，且大多硬件均是国外进口的，投资成本很高。因此，本课题以实验室加热炉为研究对象，以单片机为主要硬件平台，编制基于智能化的温控软件，开发一种适合我国国情的、面向广大中小型企业、低成本、高性能的电阻炉温度控制系统，以提高控制精度，达到控制要求，从而提高企业效益。1.3本课题的主要内容及要求利用微机控制系统完成同时对两路电阻炉温度的检测、处理以及数字控制计算，根据数据
14、结果或进行相应的处理或改变加热功率，达到控制温度的目的。要求如下：（1）现场温度值可处理，同时处理两个电阻炉；（2）温度给定值为4001000；（3）系统有必要的保护和报警；（4）温度值要有显示；（5）误差范围3。第2章 总体方案设计2.1 方案论证（1）单片机与PLC控制的比较单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。而PLC比单片机“大”，即“体积大”、“功能完善”。但实际上，PLC内部使用的单片机芯片一般都是工业级的，而且其它构成元件也都经过了标准化处理，所以PLC的稳定性和抗干扰性要远
15、远优于普通的民用级单片机芯片。正因为PLC比单片机“大”，所以价格昂贵。同样的任务用单片机与PLC都能完成，显然采用PLC方案会增加控制系统的成本。而体积大有时也会限制PLC的应用，所以本次课程设计选择单片机作为核心控制。（2）控制算法的确定PID调节是连续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。它结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，而且可以根据系统的要求采用各种PID的变型，如PI、PD控制及改进的PID控制等。具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象“一阶滞后纯滞后”与“二阶滞后纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活，所以该系统采用PID控制算法。2.2 方案设计本课题拟采用以AT89C51为核心，所
