【正文】 上位機上重現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)和歷史曲線。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。在本設(shè)計中可以使用DDZⅢ型調(diào)節(jié)器也可以使用數(shù)字式調(diào)節(jié)器，本設(shè)計采用 數(shù)字式調(diào)節(jié)器，因為數(shù)字式調(diào)節(jié)器相對于DDZⅢ型調(diào)節(jié)器使用起來更方便而且調(diào)節(jié)更精確。當、均很大時，則上式就近似等于理想PID運算規(guī)律的表達式了。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)的核心儀表，它將來自變送器的測量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進行比例、積分、微分(PID)運算，并輸出統(tǒng)一標準信號，去控制執(zhí)行機構(gòu)的動作，以實現(xiàn)對溫度及其他工藝變量的自動控制。（2）自耦變壓器的工作原理自耦變壓器也是利用電磁感應(yīng)原理制成的。（1）自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點。S型熱電偶的特點是熱電性能穩(wěn)定，抗氧化性強，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，其準確度等級是最高的。稱中間溫度。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表，測得熱電動勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。如果兩物體其中之一是溫度計的感溫部分，另一物體是被測物體，則可以說溫度計的感溫部分充分反映了被測物體的溫度。它不僅可以保護熱電極延長熱電偶的使用壽命，還可以起到支撐和固定熱電極的作用。為使我們的設(shè)計盡可能的簡單易操作，控制效果更好，在這些儀器儀表的選用上，是經(jīng)過多方面的考慮，而最終做出的選擇。由于外加某種擾動的影響，使爐溫降低或升高，此時S熱電偶產(chǎn)生的毫伏信號，一方面送至顯示儀表指示和記錄，另一方面送入數(shù)字調(diào)節(jié)器中。第四章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)過程電阻爐溫度控制系統(tǒng)是一個單回路反饋控制系統(tǒng)，它由四個基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象、測量變送裝置、控制器和控制閥。 ～t 曲線圖根據(jù)無因次飛升曲線（），求出與相對應(yīng)的于是得再從圖中找到對應(yīng)于的由于所得之滿足不等式≤y4* ≤故用無滯后的二階環(huán)節(jié)（38）來近似，這時根據(jù)公式（314） 查圖，時， Δ178。 溫度特性曲線數(shù)據(jù)處理響應(yīng)曲線測定后，為了分析和設(shè)計控制系統(tǒng)，需要將響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)化為傳遞函數(shù)。至此，傳遞函數(shù)（39）式就確定了。為了對此傳遞函數(shù)進行校驗，可以檢查它的幾個點，實驗結(jié)果與計算結(jié)果在，時是重合的，且與實驗曲線上的值相比較作為校驗。根據(jù)求得與之對應(yīng)的，再算出對應(yīng)于從飛升曲線上找到的數(shù)值。如果令=，則由此帶來的誤差為，這在工程上是允許的。 令，則在式（313）中只剩，和兩個參量。對于S形的實驗飛升曲線，規(guī)定其傳遞函數(shù)按下式： （38） 或 （39）來近似，前者相當于過阻尼的二階環(huán)節(jié)（傳遞函數(shù)的分母有兩個實根及，后者為阻尼系數(shù)為1的有純滯后的二階環(huán)節(jié)。若選擇，則可得 ； (37)對于計算結(jié)果，可在≤τ 這幾個時間上，對飛升曲線進行校驗。在變化速度最快處作一切線，它的斜率就是最快的速度，并從時間軸的交點得出滯后時間。因此在滿足精度要求的情況下，常采用低階傳遞函數(shù)來擬和被控對象。 溫度特性曲線的記錄與分析在電阻爐溫度特性曲線的測試中，我們通過選擇不同的給定電壓送入電阻爐，從而使電阻爐的溫度由一個穩(wěn)態(tài)階躍到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，也相當于給電阻爐一個階躍信號，來得到溫度的階躍響應(yīng)曲線。 進行溫度特性曲線測試的儀器儀表的接線圖下面我們將進行溫度特性測試原理圖和接線圖的繪制。如果將輸入量作一個脈沖方波變化，測出對象輸出量隨時間的變化曲線就得到脈沖方波響應(yīng)曲線。所以，另一種方法是通過實驗測定，對取得數(shù)據(jù)進行加工整理而求得對象的微分方程式或傳遞函數(shù)，這種方法稱為實驗測定法。使電阻爐溫度控制達到超調(diào)量小、穩(wěn)定精度高的優(yōu)良控制效果。想要實現(xiàn)電阻爐的溫度控制，控制方法有很多，例如利用常溫儀表，數(shù)字儀表，PLC等，它們都可以實現(xiàn)自動控制，但由于數(shù)字儀表即比常溫儀表操作簡單，控制精度高，又比PLC經(jīng)濟實用，故本設(shè)計采用數(shù)字儀表足已滿足我們的控制要求。設(shè)計中取的是對象的飛升曲線，所以實驗中讓對象（電阻爐）在某一穩(wěn)態(tài)下穩(wěn)定一段時間后，快速的改變它的輸入量，使對象達到另一穩(wěn)定狀態(tài)，從而求得對象在階躍函數(shù)時的飛升曲線。第二章 電阻爐的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計概述 總體方案設(shè)計自動控制系統(tǒng)設(shè)計首先要研究被控對象，即對被控對象進行測試。通過改變調(diào)節(jié)器的比例帶、積分時間和微分時間來實現(xiàn)對電阻爐的溫度控制?？刂品绞降氖褂梅秶膊煌篜LC適用于離散過程控制，如開關(guān)、順序動作執(zhí)行等場所，隨著PLC的功能越來越強大，PLC也開始進入過程自動化領(lǐng)域。在此情況下，在原來采用中小規(guī)模集成電路而形成的直接數(shù)字控制器(DDC)的自控和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了以集中顯示操作、分散控制為特征的集散控制系統(tǒng) (DCS)。采用不同的電熱體安裝和布置方式，可在爐內(nèi)得到各種所需的溫度分布以及做成各種形式和大小的爐子。目前大多數(shù)的電阻爐都屬于這一類。與其它的工業(yè)爐相比，電阻爐具有發(fā)熱部分簡單，對爐料的種類限制少，爐溫控制精度高，容易實現(xiàn)在真空或控制氣氛中加熱等特點。在高溫和中溫爐內(nèi)主要以輻射方式加熱。工業(yè)上用的電阻爐一般由電熱元件、砌體、金屬殼體、爐門、爐用機械和電氣控制系統(tǒng)等組成。電阻爐是工業(yè)爐的一種，它是利用電流使爐內(nèi)電熱元件或加熱介質(zhì)發(fā)熱，從而對工件或物料加熱的工業(yè)爐。機械工業(yè)應(yīng)用的工業(yè)爐有多種類型，在鑄造車間，有熔煉金屬的沖天爐、感應(yīng)爐、電阻爐、電弧爐、真空爐、平爐、坩堝爐等；在鍛壓車間，有對鋼錠或鋼坯進行鍛前加熱的各種加熱爐，和鍛后消除應(yīng)力的熱處理爐；在金屬熱處理車間，有改善工件機械性能的各種退火、正火、淬火和回火的熱處理爐；在焊接車間，有焊件的焊前預熱爐和焊后回火爐；在粉末冶金車間有燒結(jié)金屬的加熱爐等。s temperature control appeared especially important, established a control system first to aim at the controlled member to conduct the research. This design39。關(guān)鍵詞：電阻爐；對象特性測試；控制系統(tǒng)；PWM；調(diào)節(jié)器Resistance furnace temperature control systemAbstractAlong with science39。建立一個控制系統(tǒng)首先要針對控制對象進行研究，本設(shè)計的研究對象是實驗室現(xiàn)有的管式電阻爐，因此本文對其進行了對象性能測試。題 目：電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計56）電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，控制理論不斷豐富和完善，控制技術(shù)也在向智能化、開放性、高可靠性的方向發(fā)展。本文研究的是電阻爐的溫度控制系統(tǒng)，由于電阻爐在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用比較廣泛，所以電阻爐的溫度控制就顯得尤為重要了。最主要的是：學會了利用實驗室現(xiàn)有的設(shè)備去掌握設(shè)計一個控制系統(tǒng)，更深刻的理解設(shè)計控制系統(tǒng)的思想，為以后的學習、工作打下了堅實的基礎(chǔ)。s temperature control system, because resistance furnace in produces and in the life application is quite widespread, therefore resistance furnace39。s thought that for the later study, the work has built the solid foundation.Key word: resistance furnace；characteristics of the test object；control system；PWM；regulator內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）目錄摘 要 IAbstract II目錄 III第一章 引言 1 1 2第二章 電阻爐的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計概述 4 總體方案設(shè)計 4 設(shè)計要求 4 設(shè)計原理 4第三章 電阻爐溫度特性的測試、記錄及分析 6 電阻爐溫度特性測試 6 對象特性測試中所用儀表 6 對象特性測試原理 6 進行溫度特性曲線測試的儀器儀表的接線圖 6 溫度特性曲線的記錄與分析 8 溫度特性曲線的記錄 8 溫度特性曲線試驗結(jié)果的數(shù)據(jù)處理的方法 9 溫度特性曲線數(shù)據(jù)處理 14第四章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 17 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)過程 17 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖及調(diào)節(jié)過程 17 儀器儀表介紹 17第五章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的參數(shù)整定及系統(tǒng)調(diào)試 31 溫度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)線路 31 系統(tǒng)的連線框圖 31 系統(tǒng)的連接線路及自動控制過程 31 PID調(diào)節(jié)器及其參數(shù)的整定 31 P、I、D各運算規(guī)律的作用 31 PID參數(shù)的整定方法 35 系統(tǒng)的PID整定結(jié)果及分析 38總結(jié) 40參考文獻 42附錄A 系統(tǒng)接線端子圖 44附錄B PWM電路原理圖 45附錄C PWM程序 46致謝 52第一章 引言工業(yè)爐是在工業(yè)生產(chǎn)中利用燃料燃燒或電能轉(zhuǎn)化的熱量將物料或工件加熱的熱工設(shè)備。因此，降低它們的能耗是很有意義的，實施自動控制是一種有效的途徑[3]。隨著鎳鉻合金的發(fā)明，到20世紀20年代，電阻爐已在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。1000℃以上為高溫爐?？煽貧夥諣t、真空爐、流動粒子爐等也都是電阻爐。前者依靠電流通過爐內(nèi)的電熱體或?qū)щ娨后w產(chǎn)生熱量，再經(jīng)過一定的傳熱過程將熱量傳給被加熱的物體。其特點是：采用不同材料的電熱體可在爐內(nèi)達到不同的最高工作溫度。70年代中期，由于設(shè)備大型化、工藝流程連續(xù)性要求高、要控制的工藝參數(shù)增多，而且條件苛刻，要求顯示操作集中等，使已經(jīng)普及的電動單元組合儀表不能完全滿足要求。 目前，由于控制的目的、工藝要求、精度要求的不同，可以采用不同的控制方式。在本設(shè)計中以電阻爐為研究對象，利用實驗室現(xiàn)有的管式電阻爐和一系列的數(shù)字化儀表來完成電阻爐的溫度控制系統(tǒng)。同時這種控制方案可以根據(jù)不同的研究對象完成不同的控制要求。本設(shè)計的研究對象是實驗室現(xiàn)有的管式電阻爐，因此對它進行性能實驗測試。單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般是指在一個調(diào)節(jié)對象上用一個調(diào)節(jié)器來保持一個參數(shù)恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個測量信號，其輸出也只控制一個執(zhí)行機構(gòu)。 設(shè)計原理以電阻爐溫度為研究對象,采用數(shù)字PID控制器對電阻爐溫度進行控制,通過調(diào)節(jié)比例帶、積分時間、微分時間來調(diào)節(jié)控制效果,同時針對不同溫度段所表現(xiàn)出來的不同熱性能，采用全功率或比例控制加快升溫過程，再進行PID算法結(jié)合積分分離或積分削弱算法控制穩(wěn)定過程的方案。但是，復雜對象的微分方程式很難建立，也不容易求解。時域方法主要是求對象的飛升曲線或方波響應(yīng)曲線，如輸入量做階躍變化，測繪對象輸出量隨時間變化曲線就得到飛升特性。 對象特性測試中所用儀表電阻絲高溫爐，自耦變壓器，無紙記錄儀，S型熱電偶 對象特性測試原理在實驗中，用調(diào)壓變壓器將220V的交流電轉(zhuǎn)換成不同伏值的電壓，通過這些電壓為管式電阻爐提供電源，將熱電偶所測的電阻爐在不同伏值供電電壓下的毫伏信號接入無紙記錄儀進而實時地繪制電阻爐的溫度特性曲線。我們通過調(diào)節(jié)自耦變壓器的給定電壓，使電阻爐的溫度變化并繪出溫度升高或降低的曲線圖。因而，我們又將給定值設(shè)為70V,溫度升高到穩(wěn)定狀態(tài)時，再給一個階躍信號，即將變壓器的電壓調(diào)至110V。對于采用PID控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并不要求非常準確的被控對象模型。（1） 由飛升曲線確定有純滯后的一階環(huán)節(jié)的參數(shù) 電阻爐的飛升曲線有純滯后的S形飛升曲線。 (36)可以看出，由,及對應(yīng)飛升曲線上的兩個值及求得及。下面介紹一下二階系統(tǒng)的S形飛升曲線的分析方法，并用該方法對實驗測得的電阻爐溫度特性曲線進行分析。在式（311）中引入時間無因次量；； (312) 其中2=+，則可化為: （313）注意：；,可見式（313）表達了，和 三者之間的關(guān)系。 △2～t7*關(guān)系曲線，當時。 y4﹡與△2的關(guān)系曲線經(jīng)上述分析之后，可將確定典型二階方程參數(shù)的步驟簡述如下：實驗求得飛升曲線后，先按式和式求出放大倍數(shù)K和無因次的飛升曲線，然后根據(jù)來求及或及τ。至此就求得了近似傳遞函數(shù)（38）式的各參數(shù)。先令及在曲線上找到相應(yīng)的時間及的值，然后按公式 ； (316)來計算純滯后及時間常數(shù)。由飛升曲線確定傳遞函數(shù)的方法介紹完畢，下面將對實驗所得數(shù)據(jù)加以處理[9]。首先將實驗所得飛升曲線化為無因次飛升曲線。由實驗曲線圖可得：；(min)；（min）由經(jīng)驗公式可計算出：P=113％；(min)；（min）。當系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，爐溫將穩(wěn)定在給定值上。 儀器儀表介紹在該設(shè)計中，我們用到了很多儀器儀表，對所用儀器儀表的介紹如下：儀器儀表名稱型號規(guī)格生產(chǎn)廠家備注管形高溫爐SK212H 哈爾第二電爐廠制造額定功率：2千瓦額定溫度：1000℃ 頻 率：50赫茲 額定電壓：220V熱電偶S型(鉑銠10鉑)——