关于电加热器的控制程序的编写参考
电热水器温度控制毕业设计任务书
毕业论文（设计）任务书
学生姓名
高程程
专业班级
09电设331
学号
0933613111
指导教师姓名
及职称
夷文玉老师
题目
基于单片机的电热水器温度控制器的设计
论文（设计）的主要任务与具体要求（有实验环节的要提出主要技术指标要求）
设计电热水器温度控制系统
主要任务：
硬件设计：要求设计出完整的电路原理图，包括单片机模块、A/D转换模块、人机对话模块等电路。
李光飞等著，《单片机课程设计实例指导》，北京航空航天大学出版社2004.11
汪宁，Proteus软件的单片机仿真方法，山东轻工业学院学报，2007.21
指导教师意见：
签名年月日
教研室意见：
签名年月日
系审核意见ຫໍສະໝຸດ （公章）年月日备注：1、本任务书一式二份，由指导教师填写相关栏目，经系审核同意后，系和学生各执一份。
主要参考文献
睢丙东编著，《单片机应用技术与实例》，电子工业出版社2004.9
王智伟编著，《全国大学生电子设计竞赛电路设计》，北京航空航天大学出版社2008.4
李光飞等著，《单片机C程序设计实例指导》，北京航空航天大学出版社2005.9
楼然苗等编著，《51系列单片机设计实例》，北京航空航天大学出版社2003.3
软件设计：用汇编语言或C语言编写源程序。
能用Protus软件仿真。
设计要求：
采用高性能的数字温度传感器实时采集热水器内的水温。
可以自动检测热水器是否处于正常工作状态。
具有调温、恒温、防超高温等功能。
显示设定温度和实际温度的功能。
有仿真结果。
注：1、毕业设计（论文）说明书字数8000左右；
电加热器使用说明书
安装、使用产品前，请仔细阅读使用说明书RJD-25/1140(660)制氮装置用隔爆兼增安型电加热器使用说明书煤科集团研究院有限公司前言本说明书是使用说明书。
本说明书对于初次使用RJD-25/1140(660)型制氮装置用隔爆兼增安型电加热器的用户很有必要，对于具有使用经验的用户，也可使其进一步加深理解，这一点也是编者的宗旨。
希望用户仔细阅读本说明书，完全理解后在付诸实践。
另外，设备在正常运转开始后，设备操作员与维修人员须将此说明书就近保管好，以便需要时参阅。
本说明书的主要容包括RJD-25/1140(660)型制氮装置用隔爆兼增安型电加热器的结构特征与工作原理、技术特征、安装调试使用操作以及维护保养等容。
由于RJD-25/1140(660)型制氮装置用隔爆兼增安型电加热器的研究与改进在不断进行，因此本说明书的容有可能与购买产品的具体情况有不符之处，如对购买产品或本说明书有疑问，请与下述部门联系：TEL：-56626032警告！先启动制氮机，工作稳定后再启动电加热器1.概述1.1主要用途及使用围●该电加热器专门用于矿用井下移动式制氮装置的配套，安装在矿用井下移动式制氮装置。
用于井底车场、总进风巷和主要进风巷，翻车机硐室，采区进风巷。
●品种、规格●RJD-25/1140(660)1.2执行标准及特征1.2.1 型号的组成及其代表意义R J D -25/1140(660)电压等级额定功率制氮装置用隔爆兼增安加热器1.2.2 执行标准执行标准为Q/SMY2222-2015；GB3836-2010。
1.2.3防爆形式矿用隔爆型“ExdeⅠMb”。
1.3基本参数1.4使用环境条件●隔爆型电控制箱能够在下列环境条件下正常工作：➢环境温度：0～40℃；➢相对湿度：≤95％（25℃时）；1.5工作条件●电加热器应安置在矿用井下移动式制氮装置。
工作环境的有害气体、瓦斯、煤尘含量和通风量应符合《煤矿安全规程》的规定，具有完整的供电系统，●额定工作电压：1140／660V（AC）●额定的功率：25KW●额定的工作制：长期工作制●制氮机工作稳定后再启动电加热器！！！1.6安全●电加热器的维护和保养工作必须在断电的情况下才能进行。
电加热器的控制及其PLC的实现
2.3.2 PLC 的工作原理............................................................................................................... 7
2.3.3 S7-300PLC 实验系统简述 ............................................................................................... 7
【KEYWORDS】temperature control；Siemens PLC；PID control；Win CC configuration。
III
电加热器的控制及其 PLC 的实现
目录
摘 要.............................................................................................................................................................. II
承诺人（签名）： 年月日
I
电加热器的控制及其 PLC 的实现
摘要
【摘要】本文主要介绍了一种基于西门子 PLC S7-300 编程软件和组态监控软件 Win CC 的智能温度控制应用， 对 AE2000 型实验装置中的一锅炉的加热系统进行温度控制，在规定的时间内达到温度控制精度要求。并且在加热过 程中，利用了 Win CC 具有良好的人机界面、数据采集等功能，通过 Win CC 组态进行温度画面的监控。
3 电加热控制系统软、硬件环境 ............................................................................................................... 9
毕业设计----单片机的电加热炉温度控制系统设计[管理资料]
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毕业论文设计题目：单片机的电加热炉温度控制系统设计摘要随着计算机技术、控制理论和控制技术的发展，电加热炉的温度控制技术日趋成熟，已经成为工业生产中的一个重要部分。
本设计为基于单片机的电加热炉温度控制系统，通过控制电阻丝两端电压的工作时间，来控制电阻丝的输出平均功率，从而实现对电加热炉温度的自动控制。
系统分为温度测量、A/D转换、单片机系统、键盘操作系统、温度显示电路、报警电路、D/A转换等若干个功能模块。
该系统具有硬件成本低，控温精度较高，可靠性好，抗干扰能力强等特点。
关键词：电加热炉；单片机；温度控制；固态继电器目录摘要 (I)目录 (II)第1章控制系统设计 (1)系统基本结构 (1)预期达到的性能指标 (1)温度检测电路及元器件选择 (2)放大器AD522 (2)桥式测量电路设计 (3)单片机最小系统外围电路 (3)单片机8051 (3)电源电路设计 (4)看门狗电路设计 (5)系统时钟电路设计 (6)数据采集电路的设计 (7)模数转换器AD574 (7)多路转换开关CD4051 (8)键盘显示接口技术及报警电路 (10)8279的组成及工作原理 (10)管脚功能说明 (12)8279与键盘显示器的连接 (13)LED报警电路的设计 (14)温度控制电路设计 (15)温度控制系统总电路图 (15)第2章温控系统的软件设计 (16)主程序流程图 (17)键盘扫描和译码过程的流程图 (17)通道数据采集的流程图 (18)单片机主程序流程图 (19)结论 (21)参考文献 (22)致谢 (23)第1章控制系统设计系统基本结构，系统由8051单片机、温度检测电路、模数转换电路、温度控制电路、8279键盘显示器等组成。
炉内温度由热电阻测温元件和电阻元件构成的桥式电路测量并转换成电压信号送给放大器的输入端，使信号变成0-5V电压信号，再经多路转换开关CD4051将信号送入A/D转换器，将此数字量经过数字滤波，标度转换后，一方面通过LED将炉温显示出来；另一方面，将该温度值与被测温度值比较，根据其偏差值的大小，采用比例微分控制（PID控制），通过固态继电器控温电路控制电炉丝的加热功率大小，从而控制电炉的温度，使其逐渐趋于给定值且达到平衡。
数字PID温度控制电热器 C51程序 机电工程系毕业设计 毕业论文
数字PID温度控制电热器 C51程序机电工程系毕业设计毕业论文机电工程系毕业论文设计题目: 数字PID温度控制电热器__________________________________________________________题目：环境温度控制系统——硬件电路部分摘要：本系统是基于和单片机的AT89C51单片机控制系统，能够实现一定质量的水在一定温度范围内的温度维持，并可通过液晶设置、显示温度，实现人机互动。
同时本系统配备有经过精心设计的基于VB及VF的计算机辅助分析软件，分别用于数据的实时读取记录，和水温数据的数据库管理。
关键词（主题词）：AT89C51、PWM控制、PID算法、DS18B20传感器、数据实时采集、补码，双向可控硅。
一、设计目的（1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。
（2）采用PID的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。
（3）温度控制的静态误差≤0.2℃。
（4）实时采集温度值，计算当时实际温度与所给目标温度的差值，进行PID 计算后得出加热通电时间。
通过定时器控制双向可控硅的通电时间来保证保持预期的温度。
二、对毕业设计课题实现方案：2.1硬件实现总体框图系统框图2.1.1 主控制器单片机AT89S51具有低电压供电（+5V）和体积小和工作性能稳定等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用蓄电池供电。
2.1.2 显示电路显示电路采用4位共阳LED数码管。
2.1.3温度传感器DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
DS18B20的性能特点如下：✧独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；✧多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；✧无须外部器件；✧可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5V；✧零待机功耗；✧温度以9或12位数字；✧报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；✧负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
大功率电加热器电源与温度控制系统的设计
工作原理电加热器的安全运行和使用寿命与电加热器运行温度的高低有着直接的关系，因此对加热器运行温度的控制和实时监控十分重要。
本系统由温度传感器对加热元件、加热板以及蓄热块上的温度进行采样，所测温度信号经放大和A/D转换后送PLC,利用软件进行数据处理，处理后的数据实时显示，并驱动三相晶闸管调压器以调节加热器温度。
电加热器电源及温控系统技术路线见图1。
1.3技术性能1.3.1电源功能（1）长时运行工作制，电源系统能在各种试验状态下，把负载加热到要求的温度值，并进行恒温控制，同时电源系统供电主回路方案合理，可靠性高，可操作性、可维护性强，操作上的透明度高，安全性要高。
（2）电源系统能给加热器提供一个平滑的连续动态可调的输出电参数，实现带载动态调温功能，避免对加热器造成电动力冲击与温度过冲，实现温度平稳控制。
（3）电源系统具有输出参数控制模式调节功能，能根据实际工况进行最佳运行控制。
即工况良好时，当温度未达到其设定值时，电源应以高功率输出，工况不好时，比如天气潮湿、绝缘值低或长时间未做试验时，能够选择先低电压低功率加热，然后慢慢提高电参数，达到保护加热器与安全运行的目的。
(4)当负载温度达到预设温度时，电源应调节功率输出以维持电热元件恒定在设定温度，同时，在恒温过程中，电热元件避免不断受到交变力的作用，充分保证高温条件下负载的安全运行与使用寿命。
1.3.2电力电子装置(调功器)技术参数电力电子装置采用调压控制模式，试验中根据温度控制要求，调节控制值，达到控制脉冲的调制，从而实现输出电压调节，加热器电功率与负载温度可控的目的。
(1)额定输出功率：第1〜12组，每组功率288kW,12组单独运行, 电阻性负载；(2)调压范围：主回路输入电压的0〜98%；(3)工作制式：具备软启动、软停车功能，避免过大的电流冲击。
1.3.3系统保护功能(1)电源系统主回路具备一次侧雷击过电压保护，浪涌过电压保护，电源侧操作过电压保护，电源侧过电流保护，负载侧过电流保护，电力电子器件关断过电压保护，电力电子器件过热保护以及系统漏电保护。
单片机控制电热水器
5.软件设计
• 本设计软件部分采用模块结构，主要由主程序模 块、显示模块、按键模块及加热模块组成。设置 了三个界面，时间显示界面，采集温度与设定温 度显示界面，预约时间设置界面，通过按键K1切 换三种界面。当未到达预约时间时，热水器处于 待机状态，当达到预约时间时，预约时间指示灯 亮，预约时间通过按键K3、K4设定，然后，比较 采集的温度与设定的温度，当采集温度小于设定 温度时，自动开启加热，加热指示灯亮；当采集 温度大于或者等于设定温度时，自动关闭加热， 加热指示灯灭。设定温度可通过按键K2设定。
先判断是否达到 预约时间，如果 达到，再判断采 集温度与设定温 度的大小，当采 集温度小于设定 温度时自动加热， 当相等时自动保 温，并点亮加热 与保温相应的指 示灯。
运行结果（时间界面）
温度界面（左设定，右采集）
预约界面
谢谢各位老师！
ห้องสมุดไป่ตู้
4.硬件设计
• 硬件主要包括加热控制电路，温度检测电 路，独立键盘控制电路、数码管显示电路 及指示灯提醒电路等的设计。
温度采集
数码显示 单片机
按键输入
复位
加热控制
(1)温度采集
• 本设计采用温度传感器BS18B20实现温度 的采集，将单片机结合DS18B20实现温度 采集，系统用一种新型的“一总线”可编 程数字温度传感器(DS18B20)，不需复杂的 信号调理电路和A／D转换电路能直接与单 片机完成数据采集和处理。
2. AT89C51单片机简介
8位CPU；4K字节可编程FLASH存储器； 128字节内部RAM；32可编程I/O线 ； 2个16位定时器/计数器；5个中断源（外0、外1、 T0、T1、串行口中断）
3. PROTUES和WAVE6000软件简介
小明构思了下列几种电加热器控制方案
小明构思了下列几种电加热器控制方案电加热器控制方案方案一：定时开关控制•方案介绍：通过设置定时器，按照预设的时间开启和关闭电加热器。
可以根据个人需求设置不同的开关时间，实现定时加热。
•适用场景：适用于需要在固定时间段内进行加热的场景，如夜间保持室内温暖。
•优势：操作简单，可以根据需求设定灵活的加热时间。
•劣势：无法根据环境温度和需求实时调整加热器开关状态。
方案二：温度感应控制•方案介绍：通过温度感应器监测环境温度，根据设定的温度阈值开启或关闭电加热器，实现自动控制。
•适用场景：适用于需要根据环境温度自动调整加热器状态的场景，如室内温度控制。
•优势：能够实时感应环境温度并作出相应调整，节省能源。
•劣势：需要安装温度感应器，成本较高。
方案三：人体感应控制•方案介绍：通过人体感应传感器监测人体活动，当有人进入感应范围时开启电加热器，无人时关闭。
•适用场景：适用于人员活动不频繁的场景，如办公室、会议室等。
•优势：节省能源，不需要人工干预。
•劣势：需要安装人体感应传感器，对传感器位置有一定要求。
方案四：外部控制•方案介绍：通过外部设备，如手机、电脑等，远程控制电加热器的开关。
•适用场景：适用于需要随时控制加热器状态的场景，如外出旅行前远程开启加热器。
•优势：灵活方便，可以随时改变加热器开关状态。
•劣势：需要外部设备和网络支持，可能存在网络不稳定等问题。
以上是小明构思的几种电加热器控制方案，请根据实际需求选择合适的方案。
方案五：光感应控制•方案介绍：通过光感应器检测光线强度，根据设定的光照阈值开启或关闭电加热器，实现自动控制。
•适用场景：适用于需要根据光线强度自动调整加热器状态的场景，如阳光直射的房间。
•优势：能够根据光照情况自动调整加热器状态，节省能源。
•劣势：需要安装光感应器，可能受到其他光源的干扰。
方案六：智能学习控制•方案介绍：通过学习用户的习惯和需求，自动调整电加热器的开关状态。
•适用场景：适用于需要个性化、智能化控制的场景，如家庭。
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之前讨论过关于电加热器控制的一次回路的配置问题，使我有重新整理该加热控制的想法。
该设备为西门子840D系统，实际应用时，加热器由于国内好几家电加热器生产厂家无法达到加热外形尺寸精度及单位空间功率的限制，境外订购时间周期长等原因，最后，只能被放弃使用该电加热控制单元，改电加热方式为天然气加热方式。
使用至今已经有10多年时间了。
另外一个放弃的原因是由于模具事先需要掏空处理（均分在底模18个直径40*200mm的加热器安装孔），且需要分多层安装（主要是预埋连接铜排，高温导线层面，耐高温绝缘处理），其中还需要有隔热板处理与主轴的连接，模具总装后，对同心度±0.05mm的要求，在实际操作起来也具有一定的加工、安装难度。
为说明该控制原理，先上一张电加热一次侧控制图：一次侧回路由电源总开关（断路器3RV1031-4FA10），及漏电保护器（5SM3846-8 63/1000mA）、交流接触器（3RT1036-1BB40）、加热驱动器单元组成对加热总功率18KW的温度控制，其中，温度反馈传感器采用PT100热电阻，需要事先预埋在模具内部并连接好端子。
加热工作原理：当需要实现主轴设备模具加热或者保温时，先让主轴运行主轴定位步骤（NCK的spos（角度）指令完成定位），完成主轴定位后，加热器通过气动单元将三相加热电源插入到模具加热端子上，一种带弹性（紫铜结构件）的环氧材料连接器，同时，将热电阻PT100一起插入到对应的端子上进行模具的加热和保温，加热器分6组（3KW/组）中心点不接地方式连接。
另外，加热控制单元由3个电流变送器检测三相工作电流，控制器的输入为模拟量控制方式。
控制程序：图示部分程序段三相输入电流检测：L 695T #Korr_Faktor_Stromistwert //将常数695装入数据块DB106.DBD72中。
//Stromaufnahme Phase 1L "Analogeing.Heizstrom Ph1" //A相输入电流值。
L #Korr_Faktor_Stromistwert //除695的常数。
/DT #Ist_Heizung_A_Ph1 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 1//Stromaufnahme Phase 2L "Analogeing.Heizstrom Ph2" //B相输入电流值。
L #Korr_Faktor_Stromistwert //除695的常数。
/DT #Ist_Heizung_A_Ph2 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 2//Stromaufnahme Phase 3L "Analogeing.Heizstrom Ph3" //C相输入电流值。
L #Korr_Faktor_Stromistwert //除695的常数。
/DT #Ist_Heizung_A_Ph3 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 3//Stromauswertung min.1L 8T #Stromaufnahme_min_10A //将常数8装入数据块DB106.DBD74中。
// 加热控制：A "Sch Werkzeugheizung ein" //加热开始。
A(A(L #Ist_Heizung_A_Ph1 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 1L #Stromaufnahme_min_10A //常数8。
<=D)OA(L #Ist_Heizung_A_Ph2 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 2L #Stromaufnahme_min_10A //常数8。
<=D)OA(L #Ist_Heizung_A_Ph3 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 3L #Stromaufnahme_min_10A //常数8。
<=D))L S5T#15SSD "verz.Feh.Heizstrom"A "verz.Feh.Heizstrom"S #Heizpatronen_defekt //Anzeige Heizpatronen 黚erpr黤en 小于10A时加热启动。
//Stromauswertung min.1T #Stromaufnahme_min_10A //将常数8装入数据块DB106.DBD74中。
//A "Sch Werkzeugheizung ein" //加热开始。
A(A(L #Ist_Heizung_A_Ph1 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 1L #Stromaufnahme_min_10A //常数8。
<=D)OA(L #Ist_Heizung_A_Ph2 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 2L #Stromaufnahme_min_10A //常数8。
<=D)OA(L #Ist_Heizung_A_Ph3 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 3L #Stromaufnahme_min_10A //常数8。
<=D))L S5T#15SSD "verz.Feh.Heizstrom"A "verz.Feh.Heizstrom"S #Heizpatronen_defekt //Anzeige Heizpatronen 黚erpr黤en 小于10A时加热启动。
//Stromauswertung min.5L 5T #Stromaufnahme_min_5A//A "Sch Werkzeugheizung ein"A(A(L #Ist_Heizung_A_Ph1 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 1L #Stromaufnahme_min_5A<=D)OA(L #Ist_Heizung_A_Ph2 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 2L #Stromaufnahme_min_5A)OA(L #Ist_Heizung_A_Ph3 //Istwert Stromaufnahme Heizung, Phase 3L #Stromaufnahme_min_5A<=D))L S5T#15SSD "verz.Heiz.k.Strom"A "verz.Heiz.k.Strom"S #keine_Stromaufnahme //keine Stromaufnahme小于5A时加热启动。
A "ZM Taste Reset" //MCP板复位按钮I3.7R #keine_StromaufnahmeR #Heizpatronen_defekt加热控制器输出：AN #Funktion_warmhaltenR #Heiz_Warmhaltwert_geladAN #Funktion_warmhaltenO #Heiz_Warmhaltwert_geladJC m01L 18000 //Grundwert f黵Warmhalten ladenT #HeizwertA "immer Eins"S #Heiz_Warmhaltwert_geladm01: A #Funktion_warmhalten //位值DB106.DBX76.1。
A(L #Ist_Temp_Werkz //字值DB106.DBD30.0。
L 130>D)L #HeizwertJC h_reL 0T #HeizwertAN #Heizen_einAN #Funktion_warmhaltenJC hzA(L #Ist_Temp_WerkzL 80<D)L 17000 // (17000) 27650 =>10VT #HeizwertJC hzA(L #Ist_Temp_WerkzL 130<D)L 19000 // (19000) 27650 =>10VT #HeizwertJC hzL 23500 // (21500) 27650 =>10VT #Heizwerth_re: NOP 0hz: T "Analog Sollw.Heizpatron." //输出PQW334 T #Heizwert加热器工作判断：//Parameter beschreibenL 12000T #Heizwert_Grenze_MinL 25000T #Heizwert_Grenze_MaxL 1200T #Heizwert_Add_Faktor//Timer f. Regeltakt ladenL S5T#1M30SAN "Imp.Heiz_Reg_Takt_1"SE "Imp.Heiz_Reg_Takt_0"AN "Imp.Heiz_Reg_Takt_0"SE "Imp.Heiz_Reg_Takt_1"A "Imp.Heiz_Reg_Takt_0"FP #Heiz_Reg_Flanke= #Heiz_Reg_ImpulsA #Heiz_Reg_ImpulsJC regBEUreg: NOP 0A(L #Soll_Temp_MaskeL #Ist_Temp_Werkz>D)JC hz1A(L #Soll_Temp_MaskeL #Ist_Temp_Werkz<D)JC ku1BEUhz1: NOP 0 //Temp. zu niedrig, Heizleistung erh鰄enA(L #HeizwertL #Heizwert_Grenze_Max>I)JC hz2L #HeizwertL #Heizwert_Add_Faktor+IT #Heizwerthz2: BEUku1: NOP 0 //Temp. zu hoch, Heizleistung reduzierenA(L #HeizwertL #Heizwert_Grenze_Min<I)OA(L #Ist_Heizung_A_Ph1L 11<=I)JC ku2L #HeizwertL #Heizwert_Add_Faktor-IT #Heizwertku2: BEU该控制单元的工况由840D系统屏中组态页面，有三相工作电流、加热器工作状态的设置；显示信息，图示：由于境外编程习惯都喜好FB的接口变量，所以解释上诉控制程序确实有一定难度，尤其是中间过程的变量转移部分，但整体编辑的控制思路还是可以借鉴的，比如工作电流偏小和工作电流超额定电流的判断（我理解为加热器断线和超温保护）。