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1、电阻炉温度控制系统摘 要自本世纪30年代以来,自动化技术取得了惊人的成就,在工业生产和科学发展中起着关键的作用。自动控制理论经过了几十年的完善，控制系统的发展也经历了从简单形式到复杂形式，从局部自动化到全局自动化，从低级智能到高级智能的发展过程，这期间的几个变更都促使了生产力的极大飞跃。本文介绍了管式电阻炉温度控制系统的设计过程。该过程主要由三部分组成：要设计电阻炉的温度控制系统，首先要了解这一被控对象的温度特性。文中第一部分便介绍了电阻炉温度特性测试实验。然后针对电阻炉的温度特性及实验室现有条件提出了利用电动组合仪表（DDZ-III型）仪表组成一套单闭环负反馈系统的控制方案，这就是组成了电阻
2、炉温度控制系统。这在论文的第三部分讲到。论文的第二部分讲述PID控制技术，其中涉及到PID控制的原理和特点及PID的实现和参数确定等问题。本次设计的温度控制系统的被测对象是实验室中常见的管式电阻炉，被控参数是电阻炉的炉内温度。热电偶作为测温元件来检测炉内温度，控制系统由热电偶温度变送器、常规的PID调节器及角行程的电动执行器等DDZ-型仪表组成。这里之所以采用常规的PID控制，一是因为该方法理论成熟、操作简单、容易掌握、稳态响应特性好，对特性参数不确定的系统特别适用。再有就是要受实验室现有条件的限制，对于这个精度要求不高的电阻炉温度控制系统，这套设备完全可以实现预定的控制目的。 关键词：管式电
3、阻炉；自动化仪表；温度特性；控制系统Resistance furnace temperature control systemAbstractSince this century 30s, the automated technology has obtained astonishing achievement let is playing the key role in the industrial production and the science development. The automatic control theory passed through several dozen
4、s years consummation, the control system development has also experienced has conformed to simplicity the single form to the complex form, from the partial automation to the overall situation automation, from the preliminary intelligence to the high-level intelligent developing process, this period
5、several changes has all urged the productive forces enormous leap This article introduced the tubular resistance furnace temperature control system design process. This process mainly is composed by three parts: Must design the resistance furnace the temperature control system, first must understand
6、 this is controlled the object the temperature characteristic. In the article the first part then introduced the resistance furnace temperature characteristic test experiment. Then proposed in view of the resistance furnace temperature characteristic and the laboratory existing condition the use ele
7、ctrically operated combination measuring appliance (DDZ-III) the measuring appliance composes a set of single closed loops negative feedbacks system the control plan, has composed the resistance furnace temperature control system. This talks about in the paper third part. The paper second part narra
8、tes the PID control technology, in which involves to the PID control principle and the characteristic and the PID realization and the parameter firmly grades the questionThis design temperature control system was measured the object is in the laboratory the common tubular resistance furnace, is cont
9、rolled the parameter is in the resistance furnace stove the temperature. The thermo-element examines in the stove as the temperature element the temperature, the control system changes by the thermo-element temperature, the conventional PID regulator and the angle travelling schedule electrically op
10、erated execution the DDZ- III measuring appliance and so on delivering is composed. Here therefore uses conventional the PID control, one is because this method theory mature, the operation simple, is easy to grasp, the stable state response characteristic is good, specially is suitable to the chara
11、cteristic parameter indefinite system. Again has is must receive the laboratory existing condition the limit, regarding this precision request not high resistance furnace temperature control system, this set of equipment is enough.Keywords: Tubular resistance furnace ；Automated measuring appliance；T
12、emperature characteristic ；Control system 目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言31.1 研究背景31.2 论文结构4第二章 总体设计概述52.1总体设计概述52.2 设计内容及要求62.3 总体设计框图6第三章电阻炉温度特性测试实验83.1 实验设备简介83.1.1 电阻炉83.1.2热电偶83.1.3 热电偶温度变送器103.1.4 纪录仪133.1.5 24V标准电源133.1.6 调压变压器133.1.7 PID调节器133.1.8 饲服放大器，D型操作器，电动执行器143.2 电阻炉温度特性测试实验173.3 实验数据分析19第四章
13、 PID控制274.1 PID控制概述274.2 PID控制的实现294.3 PID控制器的参数整定31第五章 电阻炉温度控制系统345.1 电阻炉温度控制系统的发展与应用345.2 单回路反馈控制系统355.3 控制系统框图39第六章 设计总结40参考文献41附 录42致 谢43第一章 引 言1.1 研究背景自20世纪30年代以来,自动化技术获得了前所未有的发展,在工业生产和科学发展中起着非常重要的作用。自动控制极大的提高了劳动生产率和产品质量，推动了现代工农业的巨大进步，在我国的四个现代化建设中起到了不可磨灭的作用。工业炉在我国是能源的一大用户，它所耗用的能源占全国总能耗的25%，热轧生
14、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2。这里的自动控制其实是指生产过程自动化，是指在没有人的直接参与下利用控制器使被控的工业对象的某些物理量自动的按预先给定的规律运行。它经历了一个从简单形式到复杂形式，从局部自动化到全局自动化，从低级智能到高级智能的发展过程。随着自动控制技术的广泛应用，自动化仪表的需求量也越来越大，逐渐形成一个专门的仪表门类。 而这里所说的自动化仪表是指再生产自动化中特别是连续生产过程自动化中必需的一类专门的仪器仪表，其中包含对工艺参数进行测量的检测仪表、根据测量值对给定值的偏差按一定的调节规律发出调节
15、命令的调节仪表、以及根据调节仪器的命令对进行生产装置的物料或能量进行控制的执行器等，这些仪表代替人们对生产过程进行测量、控制、监督与保护，是实现生产过程自动化必不可少的技术工具1。本次设计就是要通过DDZ型仪表组成的自动控制系统使电阻炉的温度在没有人的直接参与下在某一稳定值（以400为例）上下波动不超过10的误差。为了获得较高的控制精度，本文采用PID控制方法，通过改变PID调节器的比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd来实现对电阻炉的温度控制。当系统处于平衡状态时，炉温将稳定在给定值上或在稳定值附近存在很小的上下波动，达到了预期的控制要求。1.2 论文结构根据设计过程的要求，论文主要分为三部分，第一部分介绍电阻炉温度特性测试实验的实验设备及实验过程；第二部分介绍PID控制的相关知识；第三部分则主要介绍电阻炉温度控制系统的选择，连接与调试。具体内容参见正文的有关章节。第二章 总体设计概述2.1总体设计概述设计一个自动控制系统，首先应对调节对象的特性做全面的分析和测定。一般研究调节对象特性的方法有两种。对于简单的对象或系统各环节的特性，可以通过分析过程的机理、物料或能量平衡关系求得数学模型，即对象动态特性的微分方程式，这种方法称为分析法。但是，复杂对象的微分方程式很难建立，也不容易求解。所以
