电阻加热炉度控制
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计一、引言电阻炉是一种广泛应用于工业生产中的加热设备，其温度控制的准确性对于工艺过程的稳定和产品质量的保证至关重要。
本文将基于单片机设计一个电阻炉温度控制系统，通过采集温度传感器的信号，用单片机控制加热器的工作状态，实现对电阻炉温度的精确控制。
二、系统结构设计本系统由四个模块组成：温度采集模块、温度控制模块、显示模块和控制模块。
1.温度采集模块：使用一个高精度的温度传感器，如PT100，将电阻炉内部的温度转化为电压信号。
该信号经过模拟转数字转换器（ADC）转换为数字信号，传输给单片机。
2.温度控制模块：根据温度采集模块传输的信号，单片机通过PID算法计算出控制值，并输出PWM信号控制加热器的工作状态。
PID算法可根据实际情况进行参数调整，以达到系统稳定的控制效果。
3.显示模块：采用数码管或液晶显示器显示当前电阻炉的温度值，方便操作员实时监测电阻炉的运行状态。
4.控制模块：可以通过按钮或者触摸屏等方式进行设定和调整控制参数，例如设定温度范围、PID参数调节等。
三、系统工作原理1.系统初始化：单片机启动后，进行相应的外设初始化和参数设定，包括温度采集模块的配置、PID参数的设定、显示模块的显示等。
2.温度采集与转换：通过温度传感器采集电阻炉内部的温度信号，将其转化为模拟电压信号。
利用ADC将模拟信号转换为数字信号，并传输给单片机进行处理。
3.PID算法计算：单片机根据采集到的温度值，通过PID算法计算出控制值。
PID控制算法通常包括比例系数（P）、积分系数（I）和微分系数（D）三个参数的调整，根据实际情况进行调节以达到控制精度和稳定性要求。
4.PWM输出控制：根据PID算法计算得到的控制值，单片机输出对应的PWM信号。
该信号通过驱动电路控制加热器的工作状态，调整和维持电阻炉的温度。
5.温度显示：单片机将当前的温度值通过显示模块进行显示，使操作员能够实时监测到电阻炉的温度。
电阻加热炉炉温均匀性差的原因及解决办法
电阻加热炉炉温均匀性差的原因及解决办法摘要：电阻加热炉近些年被广泛应用于我国工业领域中，但由于其功率大、持续工作时间长、使用频次高，属于高耗能设备。
电阻加热炉能够很好提高能源的利用效率以及加工零部件的工艺质量，但是对于电阻加热炉炉温均匀性还是需要进一步改善和提高。
在运行的过程中要严格控制设定好的温度曲线，因为电源事故导致停止加热或者控制精度下降，最后工业加工就不会成功。
所以，以工业电炉为对象，把智能仪表当做控制它的工具，具有一定的实用意义。
本文就来探讨电阻加热炉炉温的均匀性差的原因以及解决办法。
关键词：电阻加热炉；炉温；均匀性差；原因；解决办法1导致电阻加热炉炉温均匀性差的主要原因分析1.1 控制方面温度控制仪是控制电阻加热炉炉膛内部温度的核心仪器，其主要作用是接收热电阻的温度信号，然后再进行比较电阻加热炉炉膛内的实际温度和预期设置的温度之间的温度差，测量时控仪能够自动输出相应的功率百分数，而且如果是在电阻加热炉正常工作的状态之下，温控仪是不能自动设定功率输出的百分数。
比如，在电阻加热炉炉膛内，工作人员设定的温度是400℃，工艺产品需要要求设定的温度为960℃的过程中，那么这个时候温控仪就会自动输出功率百分数为100%，这也就相当于三相电流要在电阻加热炉工作区域内功率数的1.7倍。
一旦电阻加热炉温度接近960℃的时候，温控仪的输出才会依次进行降低，从100%到90%，再到80%、70%、60%等，一直降低到10%[1]。
温控仪在保温阶段的输出功率百分数都是间接性输出，假如温控仪正处于加热的过程中，那么电阻加热炉的三相电流表的输出要统一缩减数额，检查好温控仪设定的初始温度是多少。
1.2 发热件损坏如果电阻加热炉是480kW，那么发热体的工作部位主要是在不同的区间工作范围内，每一个范围的功率大约是120kW。
三相电流表和全功率升温阶段的指针摆角频率相符合的过程中，恒温状态的三相电流表都会呈现同样的摆角幅度［2］。
电阻炉温度控制器使用说明书-原上海试验电炉厂
1
3
1
BGVP-0.5AΦ50×20
1
3
1700 卷
1
3
H1
互感器
LM-0.5 50/5
1
B1
变压器
隔离变压器
1
1
J
继电器
J27-62
1
WT 温度指示仪
1
1
LA19-11D
按钮
信号灯式
2
2
六、 工作原理
1
1
自制
1
KSY-8D/ 12D-18
（自
1
制）
1
红绿各 2
一只
本 系 列 温 度 控 制 器 是 由 主 回 路 和 控 制 回 路 组 成 。主 回 路 是 由 可 控 硅 管 、 过 电 流 保 护 快 速 熔 丝 、 过 电 保 护 RC ， KSY-8D-18 型 和 KSY-12D-18 型 还 有 隔 离 抽 头 变 压 器 等 部 分 组 成 。 控 制 回 路 是 由 直 流 信 号 电 源 、直 流 工 作 电 源 、电 流 反 馈 环 节 、同 步 信 号 环 节 、触 发 脉 冲 产生器和温度检测器等部分组成，集成于温度调节仪内。
KSY-24-16 型 、KSY-8D-18 型 、KSY-12D-18 型 可 控 硅 温 度 控 制器为立式
结构。
台 式 结 构 可 控 硅 温 度 控 制 器 罩 壳 、底 座 均 采 用 薄 钢 板 经 折 边 焊 接 制 成 ，罩 壳 由 固 定 在 底 座 两 侧 的 前 后 紧 固 螺 钉 固 定 于 底 座 上 ，并 能 绕 后 紧 固 螺 钉 开 启 成 90° 便 于 安 装 和 维 修 。 面 板 上 面 装 有 电 流 表 、 电 压 表、开 关及 温 度指 示 调 节仪 。控 制器 内 部装 有 接 线板 、熔 丝、可 控 硅管等电器零部件。
计算机控制技术课程设计-电阻炉温度控制系统设计
合肥工业大学《计算机控制技术》课程设计——电阻炉温度控制系统设计学院专业姓名学号＿_＿__＿_ _＿＿＿____ ＿完成时间摘要:电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。
间接加热式电阻炉,就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件,电流通过加热元件时产生热量,再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。
直接加热式电阻炉,是将电源直接接在所需加热的材料上,让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。
工业电阻炉,大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。
由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛.关键词:炉温控制；高效率;加热一、总体方案设计本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而使系统达到工艺要求的性能指标。
１、设计内容及要求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、工艺要求及要求实现的基本功能本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度;电炉额定功率为20 kＷ；)恒温正常工作温度为１000℃,控温精度为±１%;电阻炉温度按预定的规律变化,超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性;具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±１℃;具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。
3、控制系统整体设计电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成.系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器,再根据系统控制要求,选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。
电阻炉炉温自动控制系统
电阻炉以电为热源，通过电热元件将能转化为热能，在炉内对金属进行加热。电阻炉和火焰比，热效率高，可达50%-80%，热工制度容易控制，劳动条件好，炉体寿命长，炉温均匀，适用于要求较严的工件加热。电阻炉的功率是根据电阻炉的热平衡原则确定的，通过热平衡计算，可以比较精确的计算出电炉的功率。电炉所需的功率应包括炉子蓄热，工件加热需要热量、工件保温需要的热量、气氛裂解所需的热量，热损失等。其中炉子蓄热由电炉的规格、构造和主要尺寸、炉衬厚度，材料导热系数决定。电阻炉是热处理生产中应用最广的加热设备，通过不知在炉内的加热元件将电能转化为热能并记住辐射与对流的传热方式加热工件。
高温电阻炉校准规程
高温电阻炉校准规程
高温电阻炉的校准是确保其温度测量和控制准确性的重要步骤。
以下是一般的高温电阻炉校准规程的一些建议步骤。
请注意，确切的规程可能因制造商和设备型号而异，因此在执行校准之前，应参考设备的具体手册和制造商提供的指南。
准备工作：
确保高温电阻炉处于正常工作状态，没有故障。
清洁电阻炉内部，确保传感器和加热元件无污染。
校准前预热电阻炉至稳定的工作温度。
选择校准标准：
选择用于校准的标准温度计或热电偶。
这些标准设备应具有较高的精度和可追溯性。
根据实际使用情况，选择一个或多个校准点，涵盖电阻炉的操作范围。
执行校准：
将标准温度计或热电偶置于电阻炉内，确保其位置与实际使用时的位置一致。
在每个校准点记录标准设备和电阻炉的温度读数。
按照标准程序进行校准，调整电阻炉的温度控制系统，以使其与标准设备的读数一致。
记录和分析数据：
记录所有的校准数据，包括校准点、标准设备和电阻炉的温度读数。
分析数据以评估电阻炉的准确性和稳定性。
检查温度梯度，确保整个工作区域内的温度均匀性。
调整和修正：
如果校准结果显示电阻炉存在偏差，根据校准数据进行调整和修正。
可能需要调整温度控制器、修理或更换故障组件。
发行校准证书：
根据校准结果，生成校准证书，其中包括校准日期、校准点、标准设备信息以及电阻炉的校准数据。
确保校准证书具有可追溯性，以满足相关标准和质量体系的要求。
这些步骤提供了一般的高温电阻炉校准规程的框架，但具体规程的制定应根据具体设备和制造商提供的指南来进行。
箱式电阻炉操作规程
箱式电阻炉操作规程一、操作步骤1、温度的设定1.1、按一下“SET”键，SV屏显示设定温度值；1.2、用“←”可循环选取SV屏显示的闪烁位；1.3、用“↓”或“↑”改变SV屏闪烁位的数值，直至达到需要温度值为止；1.4、再按一下“SET”键，回到工作模式（PV屏显示测量温度，SV显示设定温度），进入工作状态。
2、定时设定2.1、按SET键4秒后，若SV屏显示“0”，表明未设定定时功能（出厂状态）2.2、按SET键若干次，直到PV屏显示“LK”，通过↑键使SV屏显示3（定时开锁），再按SET键，通过↑键，设定定时所需值（定时范围：1～9999分），再按SET键4秒后，控温仪返回工作模式，定时即开始运行，此时AT灯闪烁，进入计算时间。
定时终了，PV及SV窗显示“End”，AT灯灭，蜂鸣器叫4次以示提醒；2.3、定时恢复：按住↑键直至仪表进入工作模式，仍按原设定的定时时间运行2.4、定时启动后，不允许自整定。
若需观察运行的时间，按↑键一下，SV屏显示剩余时间值。
（注：定时总时间的确定，应考虑升温，恒温二阶段合并计算）；2.5、产品在定时运行期间，允许修改定时时间“ST”，前面的累计运行时间呗“记忆”并运行到新的定时时间，产品停止加热，蜂鸣器叫。
（当新的定时时间小于前面累计运行时间时，加热输出立即关闭，蜂鸣器叫。
）2.6、当运行中途断电或关机后重新开机上电后，定时时间需重新设定。
3、控制参数改变方式（手动）按SET键4秒钟以上（进入B菜单），当PV屏显示“ST”即放开，再按SET键若干次，找到“LK”提示符，按↑键，使SV屏显示为18（即开锁）。
再按SET键若干次，找到所需要调整的控制参数的提示符，按↑或↓键，使该控制参数显示为所需要的值，所有控制参数可以一次调整完毕。
再按SET键找到“LK”提示符，按↓键，使SV屏显示为0（闭锁），按SET键4秒钟以上，回到工作状态模式。
此时仪表执行新修改的参数。
（注：无键按下30秒后，会自动返回到工作状态，但所改变的数据视为无效）4、PID自整定功能按上述3的步骤，进入菜单找到ATU字符，用↑或↓键选择“ON”，再按SET键4秒钟，此时SV窗口交替闪烁“-AT-”字符即进入自整定。
微机控制课程设计--电阻炉温度控制系统设计
微机控制课程设计——电阻炉温度控制系统设计班级：学号：姓名:完成日期：2013年5月目录一．课程设计目的 .......................................................................................... 二．课程设计任务 .......................................................................................... 三．课程设计要求 ..........................................................................................四. 系统总体设计 .........................................................................................五.硬件电路设计 ..........................................................................................六.系统软件设计 ..........................................................................................七. 设计总结…………………………………………………………………八. 参考文献…………………………………………………………………九. 附录………………………………………………………………………一．课程设计目的:大学本科学生动手能力的培养和提高是大学本科教育的一个重要内容。
如何让学生在学好基础知识的同时，迅速掌握应用技术，实验与课程设计环节起着非常重要的作用。
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一、摘要温度是工业对象中主要的被控参数之一。
特别是在冶金、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，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，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，而且要进行控制。
二、总体方案设计设计任务用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。
1、设计内容及要求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。
系统模型：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、要求实现的系统基本功能微机自动调节：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、对象分析在本设计中，要求电阻炉炉内的温度，按照上图所示的规律变化，从室温开始到50℃为自由升温阶段，当温度一旦到达50℃，就进入系统调节，当温度到达350℃时进入保温段，要始终在系统控制下，一保证所需的炉内温度的精度。
加工结束，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数模转换芯片为模拟量输出，铂电阻为温度检测元件，运算放大器和可控硅作为功率放大，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，炉内温度是由一铂电阻温度计来进行测量，其信号经放大送到模数转换芯片，换算成相应的数字量后，再送入计算机中进行判别和运算，得到应有的电功率数，经过数模转换芯片转换成模拟量信号，供给可控硅功率调节器进行调节，使其达到炉温变化曲线的要求。
三、硬件的设计和实现1、计算机机型：MCS—51 8031（不包含ROM、EPROM）系统总线：PC总线2、设计输入输出通道输入通道：因为所控的实际温度在50 ～ 350℃左右，即（350－50）＝300所以选用8位A/D转换器，其分辨率约为1.5℃/字，再加放大器偏置措施实现。
（通过调整放大器的零点来实现偏置）这里采用一般中速芯片ADC0809。
ADC0809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CMOS 组件，其转换方法为逐次逼近型。
8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个通道的模拟信号。
输出通道：据其实际情况，D/A转换器的位数可低于A/D转换器的位数，因为一般控制系统对输出通道分辨率的要求比输入通道的低，所以这里采用常用的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，因此功耗低，输出漏电流误差较小。
因DAC0832电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为为运算放大器的反馈电阻端。
3、设计支持计算机工作的外围电路矩阵键盘技术：温度输出显示技术：LED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.特点:占用机时少,显示可靠.但元件多,线路复杂、成本高，功耗大。
报警电路设计：正常运行时绿灯亮，在保温阶段炉内温度超出系统允差范围，就要进行报警。
报警时报警灯亮，电笛响，同时发送中断信号至CPU进行处理。
4、元器件的选择传感器的选择：铂铑10—铂热电偶，S型，正极性，量程0—1300C，使用温度小于等于600C，允差+1.5C。
执行元件的选择：电阻加热炉采用晶闸管（SCR）来做规律控制，结合电阻炉的具体要求，为了减少炉温的纹波，对输出通道采用较高的分辨率的方案，因此采用移相触发方式，并且由模拟触发器实现移相触发。
变送器的选择：因为系统要求有偏置，又需要对热电偶进行冷端补偿，所以采用常规的DDZ系列温度变送器。
控制元件：采用双向可控硅进行控制，其功能相当于两个单向可控硅反向连接，具有双向导通功能，其通断状态有控制极G决定。
在控制极加上脉冲可使其正向或反向导通。
第4章数字控制系统设计4.1 系统控制参数确定4.1.1 被控参数选择单回路控制系统选择被控参数时要遵循以下原则：在条件许可的情况下，首先应尽量选择能直接反应控制目的的参数为被控参数；其次要选择与控制目的有某种单值对应关系的间接单数作为被控参数；所选的被控参数必须有足够的变化灵敏度。
综合以上原则，在本系统中选择物料的出口温度θ作为被控参数。
该参数可直接反应控制目的。
4.1.2 控制参数选择工业过程的输入变量有两类：控制变量和扰动变量。
其中，干扰时客观存在的，它是影响系统平稳操作的因素，而操纵变量是克服干扰的影响，使控制系统重新稳定运行的因素。
而控制参数选择的基本原则为：①选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为控制参数；②在以上前提下，选择变化范围较大的输入变量作为控制参数，以便易于控制；③在①的基础上选择对被控变量作用效应较快的输入变量作为控制参数，使控制系统响应较快；综合以上原则，选择燃料的流量Qg量作为控制参数。
4.2 PID调节器设计对温度的控制算法, 采用技术成熟的PID 算法, 对于时间常数比较大的系统来说, 其近似于连续变化, 因此用数字PID 完全可以得到比较好的控制效果。
简单的比例调节器能够反应很快, 但不能完全消除静差, 控制不精确, 为了消除比例调节器中残存的静差, 在比例调节器的基础上加入积分调节器, 积分器的输出值大小取决于对误差的累积结果, 在差不变的情况下, 积分器还在输出直到误差为零, 因此加入积分调节器相当于能自动调节控制常量, 消除静差, 使系统趋于稳定。
积分器虽然能消除静差, 但使系统响应速度变慢。
进一步改进调节器的方法是通过检测信号的变化率来预报误差, 并对误差的变化作出响应, 于是在PI 调节器的基础上再加上微分调节器, 组成比例、积分、微分( PID)调节器, 微分调节器的加入将有助于减小超调, 克服振荡, 使系统趋于稳定, 同时加快了系统的稳定速度,缩短调整时间, 从而改善了系统的动态性能, 其控制规律的微分方程为:)1(Y P dtdXT Xdt T X K D I ++=⎰ 传递函数为：)11()(G s T sT K s D I P ++= 用PID 控制算法实现加热炉温度控制是这样一个反馈过程: 比较实际物料出口温度和设定温度得到偏差, 通过对偏差的处理获得控制信号, 再去调节加热炉的燃料流量, 从而实现对炉温的控制, 由于加热炉一般都是下一阶段对象和带纯滞后的一阶对象, 所以式中Kp 、K d 和K i 的选择取决于加热炉的响应特性和实际经验。
4.3 控制算法电阻加热炉温度控制系统框图：整个闭环系统可用一个带纯滞后的一阶惯性环节来近似，所以其控制算法采用大林算法。
电阻加热炉温度控制系统模型为其广义的传递函数为：大林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即：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：11788.2)(40+=-s e s G s4.4 计算过程：连同零阶保持器在内的系统广义被控对象的传递函数]11788.21[)(40+-=--s e s e Z z G sTs])1178(1[)1(8.2401+-=--s s Z zz T]11781781[)1(8.2401+--=--s s Z zz T]1111[)1(8.211781141---------=z ez z z15945.01154.0---=z z系统闭环传递函数]11[)()()(+-==Φ--s e s e Z z R z C z NTsTs τ111)1(-------=z ee z TTN ττ数字控制器：)](1)[()()(z z G z z D Φ-Φ=)(])1(1[)1(111z G z ez eezN TTTN ------------=τττ51510110105154.0945.01])1(1[)1(-------------=z z z ez eez τττ511933.0007.01)945.01(448.6------=z z z]933.0933.0933.0933.01)[1()945.01(448.6)(432111------++++--=z z z z z z z D消除振铃现象后的数字控制器：111)945.01(448.6)(----=z z z D111945.0297.1297.1)()()(---⨯-==z z z E z U z D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）第5章控制仪表的选型和配置5.1 检测元件温度的测量方式有接触式测温和非接触式测温两大类。
本系统选择接触式测温元件。
其中较为常用的有热电偶、热电阻和集成温度传感器三种，本系统选择热电偶作为测温元件，其电路原理图如下图所示：图5-1 热电偶电路原理图5.2 变送器5.2.1 变送器选型本系统中的变送器用于温度信号变送，故选择温度变送器。
其中较为常用的有模拟式温度变送器、一体化温度变送器和智能式温度变送器三种，本系统采用典型模拟式温度变送器中的DDZ-III型热电偶温度变送器，属安全火花型防暴仪表，还可以与作为检测元件的热电偶相配合，将温度信号线性的转换成统一标准信号。