项目—电加热温度控制系统调试
计算机课程设计--基于某数字 PID 的电加热炉温度控制系统设计
计算机控制技术课程设计任务书题目：基于数字 PID 的电加热炉温度控制系统设计设计内容电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时问内将炉内温度稳定到给定的温度值。
在木控制对象电阻加热炉功率为 8Kw ，由 220V 交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制温度范困 50-350 ℃ ，保温阶段温度控制精度为土 l ℃ ．选择和合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。
其对象温控数学模型为：1)(+=-s T e K s G d sd τ 其中：时间常数T d = 350 秒放大系数 K d = 50滞后时间T d = 10 秒控制算法选用PID 控制。
设计步骤一、总体方案设计二、控制系统的建模和数字控制器设计三、硬件的设计和实现1、选择计算机机型（采用51内核的单片机）；2、 设计支持计算机工作的外围电路（ EPROM , RAM 、I/O 端口 、键盘、显示接口电路等）3、设计输入信号接口电路；4、设计D/A 转换和电流驱动接口电路；5、其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）四、软件设计1、分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2编写A/D 转换和温度检测子程序枢图；3、编写控制程序和 D/A 转换控制子程序模块粗图；4、其它程序模块（显示与键盘等处理程序）枢图。
五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（ A3 幅面）。
课程设计说明书要求1 ．课程设计说明书应书写认真．字迹工稚，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。
2 ．论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。
3 ．课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方枢图和电路原理图。
4 ．课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识．摘要单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
电采暖工程具体方案
电采暖工程具体方案一、方案概述电采暖工程是利用电能进行供热的一种方式，其优点是无排放、安全可靠、灵活方便，能够满足不同用户的供热需求。
本文将针对电采暖工程的具体方案进行详细介绍，包括工程选址、供暖设备选择、管道布局、系统调试等内容，从而为电采暖工程的实施提供具体的指导。
二、工程选址1.土地选址：电采暖工程的土地选址应当考虑到交通便利、电力供应充足、环境保护等因素。
根据具体情况，可选择位于郊区的工业用地或城市边缘的空地用于建设电采暖设施。
2.选址要求：选址地点应当满足环境保护、非农用地、无地质灾害等基本要求。
3.选址流程：选址流程包括土地调查、土地审查、规划设计等环节，需要与相关部门进行沟通协调，确保选址流程完善。
三、供暖设备选择1.锅炉：电采暖工程可选择电加热锅炉作为供暖设备，电加热锅炉具有安全可靠、环保节能的优点，能够满足不同规模的供热需求。
2.电热片：电热片是电采暖的常用设备，可以直接安装在墙壁或地板上，通过电能转化为热能，实现供热的目的。
3.热水器：电热水器是供暖设备的一种，通过电能加热形成热水，可以用于室内供暖、热水供应等用途。
四、管道布局1.供热管道：电采暖工程的供热管道布局应当考虑到供暖设备的位置、建筑结构、室内布局等因素，保证供热管道的走向合理、布局紧凑。
2.管道材料：供热管道的材料选择应当符合国家标准，具有良好的耐高温、耐压、耐腐蚀等性能，以保证管道的安全可靠。
3.保温隔热：供热管道应当进行保温隔热处理，以减小热量损失、提高供暖效率。
五、系统调试1.温度控制：电采暖系统的温度控制是关键环节，需要进行系统调试，确保室内温度稳定、舒适。
2.排气通风：排气通风系统的设计和调试是保证电采暖工程安全运行的关键，需要根据实际情况进行调试，保证室内空气清新。
3.安全监控：电采暖系统需要配备安全监控设备，如烟感报警器、漏电保护器等，以及时发现并处理安全隐患。
六、工程实施1.项目管理：电采暖工程的实施需要进行项目管理，包括组织施工队伍、安排施工进度、材料采购等工作。
基于PID电加热炉温度控制系统设计(1)汇总
基于PID 电加热炉温度控制系统设计摘要 电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。
对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。
采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。
一、 绪论在本控制对象电阻加热炉功率为8可W ，由220V 交流电供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50~350C ，保温阶段温度控制精度为正负1度。
选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。
其对象问温控数学模型为： 1)(+=-s T e K s G d sd τ 其中：时间常数Td=350秒，放大系数Kd=50，滞后时间τ=10秒， 控制算法选用改PID 控制图1.1系统总体结构图二、控制系统的建模和数字控制器设计图2 PID算法流程图数字PID控制算法PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。
计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。
进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。
图2.1位置PID控制算法简化示意图在数字计算机中，PID 控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。
当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，使PID 算法离散化，将描述连续时间PID 算法的微分方程，变为描述离散-时间PID 算法的差分方程。
∑⎰==k j i s j e T T d e T 0t 0)()(1ττ用矩形积分时，有 )]1()([)(--=k e k e T T dt t de T S D d （1） 用差分代替微分 00))]1()([)(()([)(u k e k e T T j e T T k e K k u S D k j i sp +--+++=∑= （2） 由上式得01)]1()([)()()(u u k e k e K k e K k e K k D k j p +--++=∑= (3)式中 u 0——控制量的基值，即k=0时的控制；u(k)——第k 个采样时刻的控制；K P ——比例放大系数；K I ——积分放大系数；I S P I T T K K = S D P D T T K K =K D ——微分放大系数；T S ——采样周期。
电加热炉温度单片机控制系统
高， 稳定性和复现性较好， 抗氧化性强 ， 价格便宜 ） 对 温度 进行检 测 。由于 温度 是非 线 性 输 出 的 ， 而与 输 入
的ｍ Ｖ信号 成线性 关 系 ， 以在 软 件 上将 此 非 线 性 关 所 系加 以修正 ， 以便 正 确 反 映输 入 ｍＶ信号 与 温 度 之 间 的关 系 。Ａ Ｃ ８９把检 测 到 的 连续 变化 的 温 度模 拟 Ｄ ００ 量转换 成离 散 的数字 量 ， 入 到单片机 中进行 处理 。 输 Ｃ ）键盘输 入 的选 择 ： 用 ４片 Ｂ Ｄ拨 码 盘作 为 采 Ｃ 温度设 定的输 入单元 ， 入范 围 为 ０— ９９， 输 ９９ 可满 足本 系统 的要求 。每位 Ｂ Ｄ码 盘 占 ４条线 ， Ｃ 通过 上 拉 电阻 接人 ８５ ２５可编 程并 行 ＩＯ扩展 口。４片 Ｂ Ｄ码 盘 占 ／ Ｃ
单片机以其高可靠性 、 高性能价格比、 控制方便简
单 和灵活 性大等 优点 ， 在工业 控制 系统 、 能化 仪器 仪 智 表等诸多 领域得 到广泛 应用 。采用 单片机 进行 炉温 控 制 ， 以提高控制 质量 和 自动 化水平 。 可
码盘输人。由 Ａ ８Ｃ １ Ｔ ９ ５ 构成 的核心控制器按智能控
（ 辽宁科技大学计算机科 学与工程学院， 辽宁省鞍山市 １４４ ） １０４
摘 要 ： 对 电加 热 炉温度控 制 由于非 线性 、 针 大滞 后 、 时变性 等特 点很 难 用数 学方法 建 立精 确 的
数 学模型 ， 用传 统 的控 制理 论 和 方法很 难达 到好 的控制 效 果 ， 绍 了一种 新 型的应 用单 片机 Ａ ８ Ｃ １ 介 Ｔ ９ ５ 对 其进行 智能控 制的控 温 系统 。 系统 通过硬 件 电路 和软 件 程序 实现 智 能控 制 ， 述 了硬 件 原理 图和 描
电加热炉温度控制系统讲解
设计说明书设计题目电加热炉温度控制系统完成日期2013 年7 月12 日专业班级自动化12本设计者指导教师课程设计成绩评定目录前言 (1)第一章设计方案概述 (2)1.1设计内容 (2)1.2设计方案 (2)第二章硬件部分设计 (2)2.1温度检测电路 (2)2.2单片机连接电路 (3)2.3 LCD显示部分 (4)2.4按键与报警电路 (5)2.5加热控制电路部分 (5)第三章软件部分设计 (6)3.1周期采样程序 (6)3.2数字滤波程序 (6)3.3 PID程序 (7)3.4总程序 (9)心得与体会 (10)参考文献 (11)前言温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉和反应炉等。
由于炉子的种类不同，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油和电等。
但是就其控制系统本身的动态特性来说，基本上属于一阶纯滞后环节，因而在控制算法上亦基本相同。
本次设计是电加热炉温度自动控制系统。
该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定；实现工业过程中PID控制。
它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，送入计算机中，与设定值比较出偏差。
对偏差按PID规律进行调整，得出对应的控制量来控制固态续电器、调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。
利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制。
在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长，否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。
第一章设计方案概述1.1 设计内容某工业电炉在对产品进行加工的过程中，炉温从室温上升到1000℃应为30min，然后温度保持到1000℃，其时间为1小时。
最后断电，使电炉自然冷却。
电炉的加热源是热阻丝，利用大功率可控硅控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。
PID电加热炉温度控制系统
PID电加热炉温度控制系统工业炉是指在工业生产中，利用燃料燃烧产生的热量或者将电能转化成热量对工件或者物料进行加热的设备。
按供热方式工业炉分为两大类：一是火焰炉，或称燃料炉，是用各种燃料的燃烧热量在炉内对工件或者物料进行加热；二是电炉，是在炉内将电能转化为热能对工件或物料进行加热。
本文选用电炉作为控制模型。
无论是火焰炉还是电炉，温度控制都是其性能好坏的一个重要指标，是产品质量及安全生产的重要保证。
电炉作为一种加热系统，有着大滞后性、非线性、时变性等特点。
在工业运作过程中有一种最为常见的控制器就是PID控制器，由于其具有操作简单、算法通俗、效果良好等优势，因而在工业领域应用广泛，比如化工行业、轻热工行业、治金机械行业等。
那么何谓PID 控制？简而言之，就是对比例积分及微分控制的合称。
但同时，因PID 控制超调量大，对加热系统这样大滞后、非线性、时变的系统，参数整定值只是具有一定的局域性的优化，不能达到很好的全局控制效果。
因此实际使用中在PID控制器中加入模糊控制，使系统能达到较好的控制效果。
1 系统结构如图1所示，将炉体划分为8个温控区。
图1 炉体温控区划分该热处理工业炉为长8m、宽2m的单炉膛炉加热炉，因为长度较大，所以在控制上将其分为8个温度控制区。
每一个温度控制区设一个加热控制器、两个热电偶传感器、一组电阻丝加热管。
2 系统组成系统由温度传感器、计算机、西门子PLC、电加热器、电热控制器和无纸记录仪等组成。
温度传感器：温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。
西门子PLC：从温度传感器采集到的信号连接到PLC中，通过PLC中的温度控制程序计算输出4～20mA信号控制电加热控制器输出功率。
电加热器：系统加热部件。
电热控制器：通过输入的4～20mA信号，改变输出电加热器功率，从而达到控制温度变化的效果。
系统按炉体结构，划分为8个温度控制区，每一个温度控制区设两组电加热器、两组温度传感器。
电加热器温度的数字PID控制
2013 届本科毕业设计（论文）电加热器温度的数字PID控制The digital PID control of electric heater学院：工学院专业班级：电子信息工程0902班姓名：王阿东学号： 0901********指导教师：赵世强副教授完成时间： 2013年4月10日二〇一三年四月论文题目：电加热器温度的数字PID控制专业：电子信息工程学生：王阿东签名：指导教师：赵世强签名：摘要温度是重要的物理量，温度的测量和控制，在工业生产和科研工作中都非常重要。
本文介绍了一种以STC89C52单片机为检测控制中心的数字式水温自动控制系统。
温度测量部分采用单总线集成温度传感器DS18B20，使系统简单可靠，且易于操作。
温度设置部分采用四个独立按键组成，显示部分采用四位共阴数码管显示，使系统变得简便而高效。
温度控制采用PID数字控制算法，通过计算偏差值来控制光耦合和可控硅的通断，从而控制加热器的加热程度。
实际调试表明，采用PID算法能使温度稳定在设定值附近。
关键词:PID算法；单片机；温度控制；光耦合；可控硅Title: The digital PID control of electric heaterMajor:Electronic information engineeringName:Wang Adong Signature: Supervisor:Zhao Shiqiang Signature:ABSTRACTTemperature is an important physical quantities,The Temperature's measurement and control are very important In industrial production and scientific research work.This article introduces a automatic digital water's temperature control system using the STC89C52 microcontroller as the detect and control center.The temperature measurement part uses the one bus integrated temperature sensorDS18B20 ,which making the system more Simple and reliable,And easy tooperate.Temperature setting part is made up of four separate buttons，and Displaypart adopts four Led Display to display, which made the system easy and efficient.The Temperature is controled by the PID Digital control algorithm.The heater uses the common fast heater which the Ordinary families commonly used.Key words： PID algorithm;MCU;Temperature control;Optocoupler;Silicon controlled目录前言 (1)1硬件系统设计 (2)1.1系统总体框图 (2)1.2单片机系统 (3)1.2.1 单片STC89C52 (3)1.3数字温度传感器DS18B20 (5)1.3.1单线数字温度计DSl8B20 介绍 (4)1.3.2 DSl8B20 工作过程及时序 (5)1.3.3 DS18B20连接图 (5)1.4温度显示部分 (7)1.5 温度设定部分 (7)1.6 光耦器件 (8)1.6.1光电耦合器件简介 (7)1.6.2 光电隔离技术的应用 (7)1.6.3 光耦器件MOC3040 (8)1.7可控硅 (10)1.7.1可控硅简介 (8)2 PID算法 (13)2.1 PID算法简介 (13)2.2 PID算法的程序设计 (15)2.3 PID算法参数整定方法 (16)3软件设计 (19)3.1PID控制流程 (19)3.2系统软件设计总流程图 (20)4结语 (21)参考文献 (23)致谢 (20)附录 (25)西安外事学院本科毕业设计（论文）前言温度控制已成为工业生产、科研领域中很重要的一个环节, 能否成功地将温度控制在需要的范围内关系到整个工作的成败。
电加热炉温度控制系统1
摘要在现实生活当中，很多场合需要对温度进行智能控制，日常生活中最常见的要算空调和冰箱了，他们都能根据环境实时情况，结合人为的设定，对温度进行智能控制。
工业生产中的电加热炉温度监控系统和培养基的温度监控系统都是计算机控制系统的典型应用。
通过这次课程设计，我们将自己动手设计一个小型的计算机控制系统，目的在于将理论结合实践以加深我们对课本知识的理解。
本次设计采用单片机89C51及数字式温度传感器、数码管显示温度。
数字式温度传感器将采集到的温度数据送入单片机，单片机将采集到的温度数据与设定值进行比较，若大于设定值，则电热炉关断，若小于设定值，则电热炉继续加热。
对于设定的温度值的改变采用中断方式，当改变温度设定时，检测输入的信号，改变设定值，并在数码管上显示出设定值，此次设计初始设定值为100摄氏度。
关键字：温度自动控制、单片机、数码管目录1设计内容及步骤 (1)1.1设计要求 (1)1.2方案设计 (1)1.3设计思路 (1)2硬件设计 (2)2.1主要硬件介绍 (2)2.1.1单片机 (2)2.1.2温度传感器 (2)2.1.3开关器件 (2)2.2电路设计方法 (3)2.2.1显示部分电路 (3)2.2.2温度检测电路 (4)2.2.3键盘电路 (4)2.2.4电气开关及工作电路 (5)2.2.5整体硬件设计及工作说明 (5)3软件设计 (6)3.1数码管模块 (6)3.2按键中断输入模块 (7)3.3温度检测模块 (8)3.4主程序流程图 (9)4调试和分析 (10)5课程设计心得体会 (12)参考文献 (13)附录1整体电路图......................... 错误!未定义书签。
附录2源程序 (1)1设计内容及步骤1.1设计要求设计一个温度控制系统，并用软件仿真。
功能要求如下：（1）能够利用温度传感器检测环境中的实时温度；（2）能对所要求的温度进行设定；（3）将传感器检测到得实时温度与设定值相比较，当环境中的温度高于或低于所设定的温度时，系统会自动做出相应的动作来改变这一状况，使系统温度始终保持在设定的温度值。
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某小型热水锅炉，其工艺流程如图1所示，冷水从上
部加入，经加热后由下部出水管供给用户。工艺要求供
水温度应保持在80℃±1℃的数值上，现采用电加热方 式，要求采用位式控制和 PID 定值控制两种方法，实 现对水温的自动控制。
图1 电加热锅炉工艺流程图
二、实验内容
（1）根据控制方案正确选用控制仪表，并组成合理的控制系统 （位式和定值）； （2）认真做好相关仪表和系统的运行前准备工作，并根据控制要 求合理地设置好调节器的参数（位式和定值）； （3）根据控制系统的特点与工艺要求，科学地调试系统以达到一 定的品质指标（位式和定值）； （4）运行计算机监控系统，及时记录下不同系统的输出响应曲线 及相关数据（位式和定值）； （5）认真总结实验过程，并做好实验数据的整理与加工工作以完 成实验报告。
三、课后作业
完成实验指导书中的相应实验报告内容，积极尝试思考题。
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实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统 一、实验目的
1、进一步熟悉单回路温度控制系统的组成与工作原理。 2、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控 制作用。 3、掌握好PID参数自整定的方法。
二、实验设备
1、THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1 只、串口线1根 3、万用表 1只
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三、小结,课后作业
1、小结
通过本次课学习，在能力应达到：
1）熟悉位式控制规律和系统结构,。
2）能用常用仪表组成合理的温度位式控制系统，并根据工
艺要求调试好系统 。 3) 掌握可控硅电力控制器的工作原理与使用方法，能用控
制仪表组成温度定值控制系统，并用相关的参数整定方法调
试好系统，使系统的品质指标最佳。
当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（将给定量增加5%～ 15%），观察并记录系统的输出响应曲线。
7、通过反复多次调节PI的参数，使系统具有较满意的动态 性能指标。用计算机记录此时系统的动态响应曲线。
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实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统 五、实验报告
1、用实验方法整定PI调节器的参数。
2、作出比例P控制时，不同δ 值下的阶跃响应曲线，并记下它们的余差ess。 3、比例积分调节器（PI）控制 1) 在比例调节控制实验的基础上，加上积分作用“I”，即把“I”（积分）设置为 一参数，根据不同的情况，设置不同的大小。观察被控制量能否回到原设定值的 位置，以验证系统在PI调节器控制下，系统的阶跃扰动无余差产生。 2) 固定比例P值（中等大小），然后改变调节器的积分时间常数TI值，观察加入 阶跃扰动后被调量的输出波形和响应时间的快慢。 3) 固定TI于某一中等大小的值，然后改变比例度δ 的大小，观察加阶跃扰动后被 调量的动态波形和响应时间的快慢。 4、分析δ 和TI值改变时，各给系统动态性能产生什么影响。
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实验二 锅炉内胆水温位式控制系统
一、实验目的
1、了解位式温度控制系统的结构与组成。 2、掌握位式控制系统的工作原理及其调试方法。 二、实验设备 1、THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、 串口线1根
3．万用表 1只
图4 锅炉位式控制方框图
三、实验原理
图2为一个单回路锅炉内胆动态水温定值控制系统结构示意 图。
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实验一
图2 单回路锅炉内胆动态水温定值控制系统结构示意图。
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实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统
图3 锅炉内胆动态水温控制系统的方框图
四、实验内容与步骤 1、按图2要求，完成实验系统的接线。 2、接通总电源和相关仪表的电源。 3、打开阀F1-1、 F1-2、 F1-5和 F1-13，关闭其它与本实验无关的阀。 用变频器-磁力泵支路给锅炉内胆打满水。待实验投入运行以后，变频器磁力泵再以固定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。
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实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统
4、手动操作调节器输出，用计算机记录锅炉内胆中水温的 响应曲线，并由该曲线求得K、T和τ 值，据此查表确定PI调节 器的参数δ 和TI，并整定之。
5、设置好温度的给定值，先用手操作调节器的输出，通过 三相移相调压模块给锅炉内胆加热,等锅炉水温趋于给定值且 不变后，把调节器由手动切换为自动，使系统进入自动运行状 态。 6、打开计算机，运行MCGS组态软件，并进行如下的实验：
2、作业布置
完成实验指导书中的相应实验报告内容，尝试思考题。
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实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统 六、思考题 1、消除系统的余差为什么采用PI调节器，而 不采用纯积分器？ 2、在温度控制系统中，为什么用PD和PID 控制，系统的性能并不比用PI控制时有明显地 改善？ 3、内胆动态水的温度控制会比静态水时的温 度控制更容易稳定、性能更好？能否通过实验 验证一下？