電阻爐的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(課程設(shè)計)

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！電阻爐的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計摘要電阻爐在冶金工業(yè)中的運用相當(dāng)廣泛,其溫度參數(shù)在生產(chǎn)過程中的自動控制系統(tǒng)也隨著微機單片機可控硅技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的推廣、應(yīng)用,正朝著高精度、高穩(wěn)定性、向性、大慣性、大滯后、時變性等特點，且其升溫、保溫是依靠電阻絲加熱，降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻。溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一。尤其是在冶金、化工、機械各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等。由于爐子的種類不同，所采用的加熱方法及燃料也不相同，如煤氣、天然氣等。但就控制系統(tǒng)本身的動態(tài)特性而言，均屬于一階PIDPID控制是一種建立在經(jīng)典控制理論基礎(chǔ)上的控制策略，其設(shè)計依賴于被控對象的數(shù)學(xué)模型，因此對于加熱爐這類控制對象采用傳統(tǒng)PID的控制方案很難達到理想的控制效果。律而變化，等等。因此，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或科學(xué)實驗中常常對溫度不僅要不斷地測量，而且要進行控計一個電阻爐溫度控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：恒溫；熱處理；控溫系統(tǒng)DesignforTemperatureControlSystemofResistanceFurnace電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計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電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計目錄摘要（）Abstract………………（2）（4）1（）2（）3（）4（）5（）（）1（5）2（5）3（）4（）（7）1（）2（）（12）1（）2（）（）（）（）（）（28）一、總體方案設(shè)計2電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計達到工藝要求的性能指標(biāo)。定的時間內(nèi)將爐內(nèi)溫度穩(wěn)定到給定的溫度值。在本控制對象電阻加熱爐功率為8KW，有220V交流電源供電，采用雙向可控硅進行控制。2、工藝要求按照規(guī)定的曲線進行升溫和降溫，溫度控制范圍為50～350℃，升溫和降溫階段的溫度控制精度為±5℃，保溫階段溫度控制精度為±2℃。3電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計微機自動調(diào)節(jié)：正常工況下，系統(tǒng)投入自動。模擬手動操作：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常，投入手動控制。微機監(jiān)控功能：顯示當(dāng)前被控量的設(shè)定值、實際值，控制量的輸出值，參數(shù)報警時有燈光報警。4、對象分析室溫開始到50℃為自由升溫階段，當(dāng)溫度到達50℃，就進入系統(tǒng)調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度上升到達350℃時進入保溫段，要求始終在系統(tǒng)控制下，保證所需的爐內(nèi)溫度的精度。加工完畢，要進行降溫控制。保溫段的時間為600～1800s。過渡過程時間：即從開始控制到進入保溫階段的時間要小于600s。在保溫段當(dāng)溫度高于352℃或低于348℃時要報警，在升溫和降溫階段也要進行控制，使?fàn)t內(nèi)溫度按照曲線的斜率升或降。采用MCS—51單片機作為控制器，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為模擬量輸入，DAC0832大，電阻爐為被控對象，組成電阻爐爐溫控制系統(tǒng)，另外，系統(tǒng)還配有數(shù)字顯示，以便顯示和記錄生產(chǎn)過程中的溫度和輸出值。5、系統(tǒng)功能設(shè)計計算機定時對爐溫進行測量和控制一次，爐內(nèi)溫度是由鉑電阻溫度計來進行測量，節(jié)器進行調(diào)節(jié)，使其達到爐溫變化曲線的要求。二、硬件的設(shè)計和實現(xiàn)1、計算機機型：MCS—518031（不包含ROM、EPROM）系統(tǒng)總線：PC總線2、設(shè)計支持計算機工作的外圍電路矩陣鍵盤技術(shù)：4電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計圖用圖2-1為4×8矩陣組成的328255端口C為行掃描口，工作于輸出方式，端口A工作于輸入方式，用來讀入列值。圖中I/O口地址必須滿足___=0，才能選中相應(yīng)的寄存器。在每一行與列的交叉點接一個按鍵，故4×8共32個CELED靜態(tài)顯示接口技術(shù)，所謂靜態(tài)顯示,即CPU輸出顯示值后,由硬件保存輸出值,保持顯示結(jié)果.圖65電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計圖2-2為6位BCD碼靜態(tài)顯示電路原理圖。圖中74LS244位數(shù)字LED74LS244個鎖存器選通，取決于地址譯碼器74LS138各輸出位的狀態(tài)?？偩€驅(qū)動器74LS244由IOW和A9控制，當(dāng)IOW和A9同時為低電平時，74LS244打開，將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送到各個顯示器的鎖存器74LS377上。特點:占用機時少,顯示可靠.但使用元件多,且線路復(fù)雜、成本高。報警電路設(shè)計：時報警紅燈亮，電笛響，同時發(fā)送中斷信號至CPU進行處理。如圖2-3圖輸入通道：因為所控的實際溫度在50～所以選用8位A/D轉(zhuǎn)換器，其分辨率約為是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器，8路多路開關(guān)以及微型計算機兼容的控制邏輯的CMOS88個通道中任意訪問一個通道的模TTL故用于過程控制是比較理想的器件。6電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計圖轉(zhuǎn)換器的位數(shù)可低于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，因為一般DAC0832芯片DAC0832是8位D/A轉(zhuǎn)換器，與微處理器完全兼容。期間采用先進的CMOS工藝，因此R-2RT型電阻DAC0832電流輸出型D/A算放大器，Rf為為運算放大器的反饋電阻端。圖7電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計雙極性電壓輸出的D/AA2的作用是把運算放大器A1的單向輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向輸出。傳感器的選擇：鉑銠型，正極性，量程0—1300℃，使用溫度小于等于600℃，允差±1.5℃。執(zhí)行元件的選擇：電阻加熱爐采用晶閘管（SCR）來做規(guī)律控制，結(jié)合電阻爐的具發(fā)方式，并且由模擬觸發(fā)器實現(xiàn)移相觸發(fā)。規(guī)的DDZ系列溫度變送器。G通。8電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計算法。電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)模型為通常認(rèn)為對象與一個零階保持器相串聯(lián)，相對應(yīng)的整個閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)是：連同零階保持器在內(nèi)的系統(tǒng)廣義被控對象的傳遞函數(shù)40s]1z)z40Z[]1T1]1T11]1411z1178519電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)C(z)R(z)1ee(z)Z[]s1sTzN1e)T1ez1數(shù)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消除振鈴現(xiàn)象后的數(shù)字控制器：0.945z)1D(z)1z1U(z)0.945z1D(z)E(z)1z1將上式離散化：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）最終得：U（K）=U（K—1）+1.279E（K）—1.226E（K—1）四、軟件設(shè)計1、系統(tǒng)程序流程圖10電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計d、報警程序流程圖電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計2、程序清單AJMPPIT1；中斷入口及優(yōu)先級MAIN：MOVSP，#00HCLR5FH電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計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；清顯示緩沖區(qū)；賦KP高低字節(jié)；賦KI高低字節(jié)；賦KD高低字節(jié)；賦K高低字節(jié)；T0方式2，T1方式1計數(shù)；設(shè)定值默認(rèn)值350；鍵盤高優(yōu)先級SETBET0SETBEX0SETBEA；開鍵盤T0。T1中斷；標(biāo)度轉(zhuǎn)化LOOP：MOVR0，#56HMOVR1，#55HLCALLSCACOVMOVR0，#53HLCALLDIR14電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計NOPLCALLDLY10MSNOPLCALLDLY10MSAJMPLOOP；等中斷鍵盤子程序KEYS：CLREX0CLREAPUSHPSWPUSHACCLCALLDLY10MS；關(guān)中斷；消抖CC：JBP3.2AASETB5DHMOVA，25HMOVB，#10HDIVABMOV52H，AMOVA,BMOV51H,AMOVR0,#50HLCALLDIRNOP；置“顯示設(shè)定值溫度值標(biāo)志”；取運算位的值；BCD碼轉(zhuǎn)化;顯示設(shè)定溫度LCALLDLY10MSNOPLCALLDLY10MSJBP1.7,BBMOVR1,#25HLCALLDAAD1NOPLCALLDLY10MSAJMPCCBB:JBP1.6CCMOVR1,#25HLCALLDEEC1NOP15電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計LCALLDLY10MSAJMPCCPOPACCPOPPSWSETBEX0SETBEAAA:;出棧RETI顯示子程序DIR:MOVSCON,#00HSETBP1.4JB5DH,DL1;置串行口移位寄存器狀態(tài);開顯示;顯示設(shè)定溫度DL2:MOVDPTR,#SEGTDL0:MOVA,@R0MOVCA,@A+DPTRMOVSBUF,ALOOP1:JNBTI,LOOP1CLRTIINCR0MOVA,@R0MOVCA,@A+DPTRANLA,#7FHMOVSBUF,A；使數(shù)帶小數(shù)點LOOP2:JNBTI,LOOP2CLRTIINCR0MOVA,@R0MOVCA,@A+DPTRMOVSBUF,ALOOP3:JNBTI,LOOP3CLRTICLRP1.4CLR5DHRETDL1:MOV50H,#0AHAJMPDL2;小數(shù)位黑屏16電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計SEGT:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH加一子程序DAAD1:MOVA,#00HORLA,@R1ADDA,#01HCJNEA,#30H,DAAD2;超過48度了嗎?DAAD3:MOV@R1,ADAA:RETDAAD2:JCDAAD3MOV@R1,#15EHAJMPDAA;超過48則轉(zhuǎn)回到355減一子程序DEEC1:MOVA,@R1DECACJNEA,#15EH,DEEC2;低于355度了嗎?DEEC3:MOV@R1,ADEE:RETDEEC2:JNCDEEC3MOV@R1,#30HAJMPDEE;低于355則轉(zhuǎn)回到48T0中斷子程序PTT0:CLREAPUSHACCPUSHPSWPUAHDPLPUSHDPHSETBEA;壓棧后開中斷響應(yīng)鍵盤；采樣數(shù)據(jù)PPP:LCALLSMAPLCALLFILTERMOVA,2AH;數(shù)字濾波;取采樣值CJNEA,#07H,AAAAJMPBBB;下限48比較AAA:JCCCCCJNEA,#0FEH,DDDAJMPBBB;小于48度轉(zhuǎn);上限355比較;轉(zhuǎn)至48~355正常范圍處理17電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計DDD:JCCLRBBBP1.2;大于355黃燈亮SETB5EHCLRP1.1;置標(biāo)志啟動風(fēng)扇;小于48紅燈亮;置標(biāo)志啟動電爐AJMPPPPCCC:CLRSETB5FHBBB:CLRP1.0P1.3AJMPPPPSETBP1.0SETBP1.1SETBP1.2SETBP1.3CLRCLR5EH5FH;50~350之間正常LCALLPIDJNBMOV20H,EEFA,29H;設(shè)定溫度小于實際值轉(zhuǎn)到風(fēng)扇LCALLFFFCLRP1.0LOOP10:MOVR0,#56H;存放相乘結(jié)果的首址;賦顯示緩沖區(qū)最高位地址;標(biāo)度轉(zhuǎn)化MOVR1,#55HLCALLSCACOVMOVCLRJBR0,#53HDIR;賦顯示首址D5H,LOOP10EA;等待T1中斷CLRPOPPOPPOPDPHDPLPSWSETBEAPOPACCRETIEEE:MOVA,28H;風(fēng)扇處理LCALLFFF18電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計CLRP1.1AJMPLOOP10FFF:CRLA;根據(jù)PID結(jié)果計算T1初值INCAMOVTL1,AMOVTH1,#0FFHSETBPI1SETBTR1SETBET1RET標(biāo)度轉(zhuǎn)化SCACOV:PROCNEARMOVDX,0MOVDATA1,#258HMOVDATA2,#708HMOVDATA3,#960HPROCNEARMOVDX,0MOVAX,DATAPCMPAX,DATA3JAEQ3DOR;取采樣時間;時間大于2400?CMPAX,DATA2JAEQ3-Q2;1800<時間<2400CMPAX,DATA3JAEQ2-Q1;600<時間<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電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計MOV@R1,ARETPP:采樣子程序SWAP:MOVR0,#20HMOVR1,#03HSAW1:MOVDPTR,#7FF8HMOVX@DPTRA;A/D轉(zhuǎn)化;延時MOVR2,#20HDLY:DJNZR2,DLYHERE:JBP3.3,HEREMOVDPTR,#7FF8HMOVXA,@DPTRMOV@R0,A;讀轉(zhuǎn)化結(jié)果INCR0DJNZR1,SAM1RET數(shù)字濾波FILTER:MOVA,20HCJNEA,2DHCMP1AJMPCMP2CMP1:JNCCMP2XCHA,2DHXCHA,2CHCMP2:MOVA,2DHCJNEA,22EH,CMP3MOV2AH,AAJMPRRCMP3:JCCMP4MOV2AH,AAJMPRRCMP4:MOVA,2EHCJNEA,2CH,CMP5MOV2AH,AAJMPRRCMP5:JCCMP620電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計XCHA,2CH2AH,ACMP6:RR:MOVRETT1中斷PIT1:CLR00HJB20H,GGGSETBP1.0;關(guān)閉電爐GG:CLRPT1RETIGGG:SETBP1.1CLR20HAJMPGG延時10MS子程序DLY10MS:MOVR7,#0A0H;關(guān)閉風(fēng)扇DLOO:MOVDL11:R6,#0FFHDJNZR6,DL11DJNZR7,DL00RET數(shù)字PID算法子程序PID:MOVR5,#00HR4,2DHMOVMOVMOV;取NX值;取50R3,#00HR2,#32HLCALLCPL1LCALLDSUM;求(NX-32H)值MOVMOVMOVR0,#5AH;賦乘法算法運算暫存單元地址首址R5,#05HR4,#1CH;賦參數(shù)LCALLMULT;調(diào)無符號數(shù)乘法MOVMOVMOVMOVMOVMOV31H,5BH32H,5AHR5,31H;存放結(jié)果有效值;取雙字節(jié)UR(設(shè)定);取雙字節(jié)實測值R4,32HR3,2AHR2,#00H21電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計ACALLCPL1;取U(K)補碼ACALLDSUM;計算E(K)MOV39H,R7MOV3AH,R6MOVR5,35HMOVR4,36HMOVR0,#4AHACALLMULT1MOVR2,39HMOVR4,3AHMOVR3,3BHMOVR2,3CHMOVR5,33HMOVR4,34HMOVR0,#46HACALLMULT1MOVR5,49HMOVR4,48HMOVR3,4DHMOVR2,4CHLCALLDSUM;存E(K);取KI參數(shù);計算PI=KI*E(K);取E(K);取E(K-1);取KP參數(shù);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);取設(shè)定值;比較設(shè)定值與實測值;清電爐標(biāo)志AA3:AA1:RETAA2JNCAA3SETB20H;清風(fēng)扇標(biāo)志位MOVR3,39HMOVR2,3AHLCALLCPL1MOVA,R322電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計MOVMOVMOVMOVMOVMOVR7,AA,R2R6,AR5,42HR4,43HR0,#5AH;取K1風(fēng)扇標(biāo)志ACALLMULT1;計算P=K*E(K)且結(jié)果存在51H,50H單元中MOV28H,5BH;取8位有效值存在28H單元AJMPAADSUM:MOVA,R4;雙字節(jié)加法子程序(R5R4)+(R3R2)(R7R6)ADDMOVMOVA,R2R6,AA,R5ADDCA,R3MOVRETR7,A雙字節(jié)求補CPL1:MOVA,R2CPLADDMOVMOVCPLAA,#