【正文】 集散控制結(jié)構(gòu)，變成新型的全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場，依靠現(xiàn)場智能設(shè)備本身實(shí)現(xiàn)基本控制功能。控制方式的使用范圍也不同：PLC適用于離散過程控制，如開關(guān)、順序動(dòng)作執(zhí)行等場所，隨著PLC的功能越來越強(qiáng)大，PLC也開始進(jìn)入過程自動(dòng)化領(lǐng)域。從90年代開始，陸續(xù)出現(xiàn)了現(xiàn)場總線電阻爐溫度控制系統(tǒng)、基于PC的電阻爐溫度控制系統(tǒng)等。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(jì)算機(jī)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)?，F(xiàn)在所說的電阻爐溫度控制系統(tǒng)，多指采用電腦或微處理器進(jìn)行智能控制的系統(tǒng)，在系統(tǒng)的發(fā)展史上，稱為第三代控制系統(tǒng)，以PLC和DCS為代表，從70年代開始應(yīng)用以來，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業(yè)過程控制中獲得迅猛的發(fā)展。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。間接電熱電阻爐的電熱原理：電流通過爐內(nèi)的專門電阻發(fā)熱即電熱體所產(chǎn)生的熱量，借熱輻射、對流和傳導(dǎo)將熱量傳遞給被處理的物料，這種電爐稱為間接電熱電阻爐。目前大多數(shù)的電阻爐都屬于這一類。電阻爐按其加熱方式不同，可以分為間接電熱和直接電熱兩大類。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(shí)現(xiàn)在真空或控制氣氛中加熱等特點(diǎn)。電阻爐有室式、井式、臺(tái)車式、推桿式、步進(jìn)式、馬弗式和隧道式等類型。在高溫和中溫爐內(nèi)主要以輻射方式加熱。工作溫度在 650℃以下的為低溫爐；650～1000℃為中溫爐。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(jī)械和電氣控制系統(tǒng)等組成。自從發(fā)現(xiàn)電流的熱效應(yīng)(即楞茨焦耳定律)以后，電熱法首先用于家用電器，后來又用于實(shí)驗(yàn)室小電爐。電阻爐是工業(yè)爐的一種，它是利用電流使?fàn)t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。工業(yè)爐是我國能源的一大用戶，它所耗用的能源占全國總能耗的25%，熱軋生產(chǎn)用各種加熱爐的能耗約占全廠總能耗的60%以上。機(jī)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(jìn)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(jī)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(yù)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 characteristic, proposed use ponent position temperature control systems and so on digit regulator, solid state relay, realize through the adjustment parameter to the resistance furnace temperature control. This method economical, simple, easy to operate, the control precision is high. What is most main: Grasps using the laboratory existing equipment designs the work which a control system , the more profound understanding design control system39。s temperature control appeared especially important, established a control system first to aim at the controlled member to conduct the research. This design39。s swift development, the control theory is unceasingly rich and is perfect, the control technology also to the intellectualization, openness, the redundant reliable direction develops. At present the monly used control mode has the intellectualized measuring appliance, PLC, DCS, they may pose each kind of control system to satisfy the technique of production the request. Its function is getting more and more formidable, the performance to be getting more and more perfect, and has the control precision to be high, antijamming ability is strong, What the explosionproof strong and so on characteristic this article studies is resistance furnace39。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。這種方法經(jīng)濟(jì)、簡單、易操作，控制精度高。建立一個(gè)控制系統(tǒng)首先要針對控制對象進(jìn)行研究，本設(shè)計(jì)的研究對象是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的管式電阻爐，因此本文對其進(jìn)行了對象性能測試。其功能越來越強(qiáng)大、性能也越來越完善，并具有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、防爆性強(qiáng)等特點(diǎn)。題 目：電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)56）電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著科學(xué)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。目前常用的控制方式有智能化儀表、PLC、DCS，它們可組成各種控制系統(tǒng)以滿足不同的控制要求。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。然后針對電阻爐的特點(diǎn)，提出了利用數(shù)字調(diào)節(jié)器、固態(tài)繼電器等器件組成溫度控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對電阻爐溫度的控制。最主要的是：學(xué)會(huì)了利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備去掌握設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，更深刻的理解設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的思想，為以后的學(xué)習(xí)、工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。s and technology39。s temperature control system, because resistance furnace in produces and in the life application is quite widespread, therefore resistance furnace39。s object of study is the laboratory existing tubular resistance furnace, therefore this article has carried on the object performance test to it. Then in view of 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)概述 4 總體方案設(shè)計(jì) 4 設(shè)計(jì)要求 4 設(shè)計(jì)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(jìn)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(yàn)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(jì) 17 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的實(shí)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(shí)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(dòng)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(yùn)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(xiàn) 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。自1973年能源危機(jī)以來，開發(fā)新能源和節(jié)約燃料引起世界各國的普遍關(guān)注。因此，降低它們的能耗是很有意義的，實(shí)施自動(dòng)控制是一種有效的途徑[3]。電阻爐在機(jī)械工業(yè)中用于金屬鍛壓前加熱、金屬熱處理加熱、釬焊、粉末冶金燒結(jié)、玻璃陶瓷焙燒和退火、低熔點(diǎn)金屬熔化、砂型和油漆膜層的干燥等。隨著鎳鉻合金的發(fā)明，到20世紀(jì)20年代，電阻爐已在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。加熱功率從不足一千瓦到數(shù)千千瓦。1000℃以上為高溫爐。在低溫爐內(nèi)則以對流傳熱方式加熱，電熱元件裝在風(fēng)道內(nèi)，通過風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫爐內(nèi)氣體循環(huán)流動(dòng)，以加強(qiáng)對流傳熱?？煽貧夥諣t、真空爐、流動(dòng)粒子爐等也都是電阻爐。因此電阻爐廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、材料等行業(yè)，是發(fā)展最早，品種規(guī)格最多，需要量最大的一類工業(yè)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。后者是電流直接通過被加熱的物料，依靠物料本身的電阻發(fā)熱。其特點(diǎn)是：采用不同材料的電熱體可在爐內(nèi)達(dá)到不同的最高工作溫度。所以間接電熱電阻爐是工業(yè)生產(chǎn)和科研中應(yīng)用最廣泛的一種爐子。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(dòng)單元組合儀表不能完全滿足要求。因而將集散控制系統(tǒng) (DCS)應(yīng)用到電阻爐溫度的控制上，可以提高控制精度，可靠性和安全性。 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。DCS系統(tǒng)則以模擬量反饋控制為主，輔以開關(guān)量的順序控制和模擬量開關(guān)量混合型的批量控制，它們可以覆蓋煉油、石化、化工、冶金、電力、輕工及市政工程等大部分行業(yè)。在本設(shè)計(jì)中以電阻爐為研究對象，利用實(shí)驗(yàn)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)。當(dāng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，爐溫將穩(wěn)定在給定值上，從而實(shí)現(xiàn)了電阻爐的恒溫控制。同時(shí)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。測試的方法有：時(shí)域測試法（這里指飛升曲線法）、頻域測試法、統(tǒng)計(jì)法等。本設(shè)計(jì)的研究對象是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的管式電阻爐，因此對它進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)測試。測得對象特性后，根據(jù)要求選擇一個(gè)合適的控制系統(tǒng)。單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般是指在一個(gè)調(diào)節(jié)對象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來保持一個(gè)參數(shù)恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測量信號，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在確定了控制方法后還要先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值定一組最初的調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后再結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得的調(diào)節(jié)器參數(shù)，調(diào)節(jié)整定系統(tǒng)，使控制效果達(dá)到最佳，從而確定最后的調(diào)節(jié)器參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)電阻爐的溫度控制。 設(shè)計(jì)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(jìn)行控制,通過調(diào)節(jié)比例帶、積分時(shí)間、微分時(shí)間來調(diào)節(jié)控制效果,同時(shí)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(jìn)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。第三章 電阻爐溫度特性的測試、記錄及分析 電阻爐溫度特性測試一般研究調(diào)節(jié)對象特性的方法有兩種。但是，復(fù)雜對象的微分方程式很難建立，也不容易求解。目前用來測定對象動(dòng)態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)方法主要有三種：測定動(dòng)態(tài)特性的時(shí)域方法、測定動(dòng)態(tài)特性的頻域方法、測定動(dòng)態(tài)特性的統(tǒng)計(jì)方法。時(shí)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(shí)間變化曲線就得到飛升特性。這些方法都不需要特殊的信號發(fā)生器，在很多情況下可以利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)中原有的儀器設(shè)備完成，方法簡單，測試工作量小，故應(yīng)用甚廣。 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(shí)驗(yàn)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(jìn)而實(shí)時(shí)地繪制電阻爐的溫度特性曲線。 電阻爐的溫度性能測試原理圖，我們是將自耦變壓器原邊接民用電源，其副邊的輸出接至管式電阻爐的電源輸入端，從而使電阻爐開始加熱，我們利用S型的鉑銠鉑熱電偶作為傳感器來測試爐溫，其熱電偶的輸出端1，2應(yīng)接至無紙記錄儀的輸入端，由無紙記錄儀的USB接口讀取曲線圖，再利用無紙記錄儀U盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析軟件分析曲線圖。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。 溫度特性曲線的記錄在開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們選定的初始給定值是30V，待溫度上升到某一穩(wěn)定值時(shí)，我們將給定值改變?yōu)?0V，相當(dāng)于給該系統(tǒng)一個(gè)階躍信號，從而使溫度的變化曲線出現(xiàn)階躍響應(yīng)。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(shí)，再給一個(gè)階躍信號，即將變壓器的電壓調(diào)至11