微型计算机控制技术课程设计--电阻炉炉温的自动控制系统

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1、 目 录 一、摘要.（2） 二、总体方案设计.（2） 设计任务 1、设计内容及要求（2） 2、工艺要求（2） 3、要求实现的系统基本功能（3） 4、对象分析（3） 5、系统功能设计（3） 三、硬件的设计和实现（4） 四、数字控制器的设计.（7） 五、软件设计.（9） 1、系统程序流程图.（9） 2、程序清单（11） 六、完整的系统电路图（21） 七、系统调试（21） 八、设计总结（21） 九、参考文献（22） 1 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

2、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

3、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 50350，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。 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

4、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 6001800s。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 MCS51 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

5、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。 3 三、硬件的设计和实现 1、计算机机型：MCS51 8031（不包含 ROM、EPROM） 系统总线：PC 总线 2、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 3、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（35050）300 所以选用 8 位 A/D 转换器，其分辨率约为 1.