电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。温度是工业对象中主要的被控参数之一。尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶PIDPID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果。律而变化，等等。因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控计一个电阻炉温度控制系统。关键词：恒温；热处理；控温系统DesignforTemperatureControlSystemofResistanceFurnace电阻加热炉温度控制系统设计AbstractTheresistancefurnaceinmetallurgicalindustryiswidelyapplication,itstemperatureparametersintheproductionprocessofautomaticcontrolsystemwithsingle-chipmicrocomputercontroltechnologyinthefieldofindustrialsilicon,thepopularizationandapplicationinhighprecision,highstability,highintelligentdirection.Resistancefurnaceistypicalofindustrialprocesscontrolobject.Thetemperaturecontrolwithtemperaturemono-directionandlargeinertia,thelagandtime-varyingcharacteristics,suchastemperature,heatpreservationandheatresistancewiredependonenvironment,coolingisnaturalcooling.Temperatureisthemainobjectsofaccusedofparameters.Especiallyinmetallurgy,chemical,machinery,widelyusedinvariousindustriesofheatingfurnace,heattreatmentfurnace,reactors.Becauseofthedifferentkindsofheatingmethodisadopted,andthefuelisnotidenticalalso,suchascoalgas,naturalgasetc.Butcontrolsystemdynamiccharacteristicsofitself,allbelongtoafirst-orderlaggingpure,inthesamebasiccontrolalgorithm,PIDcontrolorotherpurelagcompensationalgorithm.Butforresistancefurnace,whenthetemperatureonceovershootcannotusecontrolmeansthatthecooling,soitisdifficulttousemathematicalmethodtoestablishprecisemodelandparameters.WhilethetraditionalPIDcontrolisanestablishedinclassicalcontroltheory,thecontrolstrategybasedonitsdesigndependonmathematicalmodelofthecontrolledobjects,sothiskindofcontrolforfurnaceadoptsthetraditionalPIDcontrolobjecttoachievetheidealcontrolscheme.Inordertoguaranteethenormalproductionprocess,improveproductsafelyquantityandqualityandtoreducethelaborintensity,energysaving,withallkindsofelectricheatingrequirementsundercertainconditions,notwithremainsconstantvoltagefluctuationsorfurnacechanges,orsomeobjectsaccordingtothetechnicalrequirementofelectricfurnacetemperatureoradesignatedinaccordancewiththelawandheatchanges,etc.Therefore,inindustrialandagriculturalproductionandscientificexperimentstoconstantlymeasuringtemperaturewillnotonly,andtocontrolSystem.Intheresistancefurnacetemperaturecontrolsystemdesign,shouldtrytoconsiderhowtoeffectivelyavoiddistractionsandUSESabettercontrolscheme,selecttheappropriatechipandcontrolalgorithmisnecessarytothedesignwithasingle-chipmicrocomputertemperaturecontrolsystemofresistancefurnace.Keywords:temperature；Heat；Temperaturecontrolsystem1电阻加热炉温度控制系统设计目录摘要（）Abstract………………（2）（4）1（）2（）3（）4（）5（）（）1（5）2（5）3（）4（）（7）1（）2（）（12）1（）2（）（）（）（）（）（28）一、总体方案设计2电阻加热炉温度控制系统设计达到工艺要求的性能指标。定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。2、工艺要求按照规定的曲线进行升温和降温，温度控制范围为50～350℃，升温和降温阶段的温度控制精度为±5℃，保温阶段温度控制精度为±2℃。3电阻加热炉温度控制系统设计微机自动调节：正常工况下，系统投入自动。模拟手动操作：当系统发生异常，投入手动控制。微机监控功能：显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出值，参数报警时有灯光报警。4、对象分析室温开始到50℃为自由升温阶段，当温度到达50℃，就进入系统调节，当温度上升到达350℃时进入保温段，要求始终在系统控制下，保证所需的炉内温度的精度。加工完毕，要进行降温控制。保温段的时间为600～1800s。过渡过程时间：即从开始控制到进入保温阶段的时间要小于600s。在保温段当温度高于352℃或低于348℃时要报警，在升温和降温阶段也要进行控制，使炉内温度按照曲线的斜率升或降。采用MCS—51单片机作为控制器，ADC0809模数转换芯片为模拟量输入，DAC0832大，电阻炉为被控对象，组成电阻炉炉温控制系统，另外，系统还配有数字显示，以便显示和记录生产过程中的温度和输出值。5、系统功能设计计算机定时对炉温进行测量和控制一次，炉内温度是由铂电阻温度计来进行测量，节器进行调节，使其达到炉温变化曲线的要求。二、硬件的设计和实现1、计算机机型：MCS—518031（不包含ROM、EPROM）系统总线：PC总线2、设计支持计算机工作的外围电路矩阵键盘技术：4电阻加热炉温度控制系统设计图用图2-1为4×8矩阵组成的328255端口C为行扫描口，工作于输出方式，端口A工作于输入方式，用来读入列值。图中I/O口地址必须满足___=0，才能选中相应的寄存器。在每一行与列的交叉点接一个按键，故4×8共32个CELED静态显示接口技术，所谓静态显示,即CPU输出显示值后,由硬件保存输出值,保持显示结果.图65电阻加热炉温度控制系统设计图2-2为6位BCD码静态显示电路原理图。图中74LS244位数字LED74LS244个锁存器选通，取决于地址译码器74LS138各输出位的状态。总线驱动器74LS244由IOW和A9控制，当IOW和A9同时为低电平时，74LS244打开，将数据总线上的数据传送到各个显示器的锁存器74LS377上。特点:占用机时少,显示可靠.但使用元件多,且线路复杂、成本高。报警电路设计：时报警红灯亮，电笛响，同时发送中断信号至CPU进行处理。如图2-3图输入通道：因为所控的实际温度在50～所以选用8位A/D转换器，其分辨率约为是带有8位A/D转换器，8路多路开关以及微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS88个通道中任意访问一个通道的模TTL故用于过程控制是比较理想的器件。6电阻加热炉温度控制系统设计图转换器的位数可低于A/D转换器的位数，因为一般DAC0832芯片DAC0832是8位D/A转换器，与微处理器完全兼容。期间采用先进的CMOS工艺，因此R-2RT型电阻DAC0832电流输出型D/A算放大器，Rf为为运算放大器的反馈电阻端。图7电阻加热炉温度控制系统设计双极性电压输出的D/AA2的作用是把运算放大器A1的单向输出电压转变为双向输出。传感器的选择：铂铑型，正极性，量程0—1300℃，使用温度小于等于600℃，允差±1.5℃。执行元件的选择：电阻加热炉采用晶闸管（SCR）来做规律控制，结合电阻炉的具发方式，并且由模拟触发器实现移相触发。规的DDZ系列温度变送器。G通。8电阻加热炉温度控制系统设计算法。电阻加热炉温度控制系统模型为通常认为对象与一个零阶保持器相串联，相对应的整个闭环系统的脉冲传递函数是：连同零阶保持器在内的系统广义被控对象的传递函数40s]1z)z40Z[]1T1]1T11]1411z1178519电阻加热炉温度控制系统设计系统闭环传递函数C(z)R(z)1ee(z)Z[]s1sTzN1e)T1ez1数字控制器：(z)G(z(zD(z)TzN1e)TTeze)zG(z)1N110z5e)10.945z10.154z10105eze)z]150.945z)11z0.933z150.945z)1D(z)z0.933z0.933z0.933z0.933z]11234消除振铃现象后的数字控制器：0.945z)1D(z)1z1U(z)0.945z1D(z)E(z)1z1将上式离散化：U（Z）—U（Z）Z—1=1.279E（Z）—1.226E（Z）Z—1U（K）—U（K—1）=1.279E（K）—1.226E（K—1）最终得：U（K）=U（K—1）+1.279E（K）—1.226E（K—1）四、软件设计1、系统程序流程图10电阻加热炉温度控制系统设计电阻加热炉温度控制系统设计d、报警程序流程图电阻加热炉温度控制系统设计2、程序清单AJMPPIT1；中断入口及优先级MAIN：MOVSP，#00HCLR5FH电阻加热炉温度控制系统设计MOVR0，#28HLP1：MOV@R0，AINCR0DJNZR7，LP1MOVR7，#06HMOVR0，#39HLP2：MOV@R0，AINCR0DJNZR7，LP2MOVR7，#06HMOVRO，#50HLP3：MOV@R0，AINCR0DINZR7，LP3MOV33H，#00HMOV34H，#00HMOV35H，#00HMOV36H，#00HMOV37H，#00HMOV38H，#00HMOV42H，#00HMOV43H，#00HMOVTMOD，#56HMOVTLO，#06HMOVTHO，#06HMOV25H，#163HSETBTR0；清显示缓冲区；赋KP高低字节；赋KI高低字节；赋KD高低字节；赋K高低字节；T0方式2，T1方式1计数；设定值默认值350；键盘高优先级SETBET0SETBEX0SETBEA；开键盘T0。T1中断；标度转化LOOP：MOVR0，#56HMOVR1，#55HLCALLSCACOVMOVR0，#53HLCALLDIR14电阻加热炉温度控制系统设计NOPLCALLDLY10MSNOPLCALLDLY10MSAJMPLOOP；等中断键盘子程序KEYS：CLREX0CLREAPUSHPSWPUSHACCLCALLDLY10MS；关中断；消抖CC：JBP3.2AASETB5DHMOVA，25HMOVB，#10HDIVABMOV52H，AMOVA,BMOV51H,AMOVR0,#50HLCALLDIRNOP；置“显示设定值温度值标志”；取运算位的值；BCD码转化;显示设定温度LCALLDLY10MSNOPLCALLDLY10MSJBP1.7,BBMOVR1,#25HLCALLDAAD1NOPLCALLDLY10MSAJMPCCBB:JBP1.6CCMOVR1,#25HLCALLDEEC1NOP15电阻加热炉温度控制系统设计LCALLDLY10MSAJMPCCPOPACCPOPPSWSETBEX0SETBEAAA:;出栈RETI显示子程序DIR:MOVSCON,#00HSETBP1.4JB5DH,DL1;置串行口移位寄存器状态;开显示;显示设定温度DL2:MOVDPTR,#SEGTDL0:MOVA,@R0MOVCA,@A+DPTRMOVSBUF,ALOOP1:JNBTI,LOOP1CLRTIINCR0MOVA,@R0MOVCA,@A+DPTRANLA,#7FHMOVSBUF,A；使数带小数点LOOP2:JNBTI,LOOP2CLRTIINCR0MOVA,@R0MOVCA,@A+DPTRMOVSBUF,ALOOP3:JNBTI,LOOP3CLRTICLRP1.4CLR5DHRETDL1:MOV50H,#0AHAJMPDL2;小数位黑屏16电阻加热炉温度控制系统设计SEGT:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH加一子程序DAAD1:MOVA,#00HORLA,@R1ADDA,#01HCJNEA,#30H,DAAD2;超过48度了吗?DAAD3:MOV@R1,ADAA:RETDAAD2:JCDAAD3MOV@R1,#15EHAJMPDAA;超过48则转回到355减一子程序DEEC1:MOVA,@R1DECACJNEA,#15EH,DEEC2;低于355度了吗?DEEC3:MOV@R1,ADEE:RETDEEC2:JNCDEEC3MOV@R1,#30HAJMPDEE;低于355则转回到48T0中断子程序PTT0:CLREAPUSHACCPUSHPSWPUAHDPLPUSHDPHSETBEA;压栈后开中断响应键盘；采样数据PPP:LCALLSMAPLCALLFILTERMOVA,2AH;数字滤波;取采样值CJNEA,#07H,AAAAJMPBBB;下限48比较AAA:JCCCCCJNEA,#0FEH,DDDAJMPBBB;小于48度转;上限355比较;转至48~355正常范围处理17电阻加热炉温度控制系统设计DDD:JCCLRBBBP1.2;大于355黄灯亮SETB5EHCLRP1.1;置标志启动风扇;小于48红灯亮;置标志启动电炉AJMPPPPCCC:CLRSETB5FHBBB:CLRP1.0P1.3AJMPPPPSETBP1.0SETBP1.1SETBP1.2SETBP1.3CLRCLR5EH5FH;50~350之间正常LCALLPIDJNBMOV20H,EEFA,29H;设定温度小于实际值转到风扇LCALLFFFCLRP1.0LOOP10:MOVR0,#56H;存放相乘结果的首址;赋显示缓冲区最高位地址;标度转化MOVR1,#55HLCALLSCACOVMOVCLRJBR0,#53HDIR;赋显示首址D5H,LOOP10EA;等待T1中断CLRPOPPOPPOPDPHDPLPSWSETBEAPOPACCRETIEEE:MOVA,28H;风扇处理LCALLFFF18电阻加热炉温度控制系统设计CLRP1.1AJMPLOOP10FFF:CRLA;根据PID结果计算T1初值INCAMOVTL1,AMOVTH1,#0FFHSETBPI1SETBTR1SETBET1RET标度转化SCACOV:PROCNEARMOVDX,0MOVDATA1,#258HMOVDATA2,#708HMOVDATA3,#960HPROCNEARMOVDX,0MOVAX,DATAPCMPAX,DATA3JAEQ3DOR;取采样时间;时间大于2400?CMPAX,DATA2JAEQ3-Q2;1800<时间<2400CMPAX,DATA3JAEQ2-Q1;600<时间<1800Q0:MOVBX,0.8HMULBX;<600SQ=50+t/2ADCDX,0JMPDONEQ2-Q1:MOVAX,#15EHQ3-Q2:SUBAX,DATA2MOVBX,0.8HMULBX;Q=350;Q=350-(t-1800)/2MOVAX,#15EHSUBAX,BX19电阻加热炉温度控制系统设计MOV@R1,ARETPP:采样子程序SWAP:MOVR0,#20HMOVR1,#03HSAW1:MOVDPTR,#7FF8HMOVX@DPTRA;A/D转化;延时MOVR2,#20HDLY:DJNZR2,DLYHERE:JBP3.3,HEREMOVDPTR,#7FF8HMOVXA,@DPTRMOV@R0,A;读转化结果INCR0DJNZR1,SAM1RET数字滤波FILTER:MOVA,20HCJNEA,2DHCMP1AJMPCMP2CMP1:JNCCMP2XCHA,2DHXCHA,2CHCMP2:MOVA,2DHCJNEA,22EH,CMP3MOV2AH,AAJMPRRCMP3:JCCMP4MOV2AH,AAJMPRRCMP4:MOVA,2EHCJNEA,2CH,CMP5MOV2AH,AAJMPRRCMP5:JCCMP620电阻加热炉温度控制系统设计XCHA,2CH2AH,ACMP6:RR:MOVRETT1中断PIT1:CLR00HJB20H,GGGSETBP1.0;关闭电炉GG:CLRPT1RETIGGG:SETBP1.1CLR20HAJMPGG延时10MS子程序DLY10MS:MOVR7,#0A0H;关闭风扇DLOO:MOVDL11:R6,#0FFHDJNZR6,DL11DJNZR7,DL00RET数字PID算法子程序PID:MOVR5,#00HR4,2DHMOVMOVMOV;取NX值;取50R3,#00HR2,#32HLCALLCPL1LCALLDSUM;求(NX-32H)值MOVMOVMOVR0,#5AH;赋乘法算法运算暂存单元地址首址R5,#05HR4,#1CH;赋参数LCALLMULT;调无符号数乘法MOVMOVMOVMOVMOVMOV31H,5BH32H,5AHR5,31H;存放结果有效值;取双字节UR(设定);取双字节实测值R4,32HR3,2AHR2,#00H21电阻加热炉温度控制系统设计ACALLCPL1;取U(K)补码ACALLDSUM;计算E(K)MOV39H,R7MOV3AH,R6MOVR5,35HMOVR4,36HMOVR0,#4AHACALLMULT1MOVR2,39HMOVR4,3AHMOVR3,3BHMOVR2,3CHMOVR5,33HMOVR4,34HMOVR0,#46HACALLMULT1MOVR5,49HMOVR4,48HMOVR3,4DHMOVR2,4CHLCALLDSUM;存E(K);取KI参数;计算PI=KI*E(K);取E(K);取E(K-1);取KP参数;KP*[E(K)-E(K-1)];KP*[E(K)-E(K-1)]+KI*E(K);保存上式之和MOV4AH,R7MOV4BH,R6MOVR5,39HMOV3CH,3AHMOVA,31HCJNEA,2AH,AA2CLR20H;存E(K)到E(K-1);取设定值;比较设定值与实测值;清电炉标志AA3:AA1:RETAA2JNCAA3SETB20H;清风扇标志位MOVR3,39HMOVR2,3AHLCALLCPL1MOVA,R322电阻加热炉温度控制系统设计MOVMOVMOVMOVMOVMOVR7,AA,R2R6,AR5,42HR4,43HR0,#5AH;取K1风扇标志ACALLMULT1;计算P=K*E(K)且结果存在51H,50H单元中MOV28H,5BH;取8位有效值存在28H单元AJMPAADSUM:MOVA,R4;双字节加法子程序(R5R4)+(R3R2)(R7R6)ADDMOVMOVA,R2R6,AA,R5ADDCA,R3MOVRETR7,A双字节求补CPL1:MOVA,R2CPLADDMOVMOVCPLAA,#