热处理电阻炉炉温控制系统的分析与仿真

计算机应用

热处理电阻炉炉温控制系统的分析与仿真

徐建林(甘肃工业大学材料科学与工程学院,甘肃兰州　730050)

摘要:在热处理电阻炉炉温控制系统数学模型的基础上,利用MA TLAB 中控制系统工具箱与SIMUL IN K 仿真环境对炉温控制

系统进行了分析与仿真。详细论述了系统稳定性、时域与频域响应分析,PID 控制参数的选取和控制模型的仿真。结果表明,基于MA TLAB 的热处理电阻炉炉温控制系统分析与仿真方法可提高控制系统的设计效率及直观地显示结果,对提高热处理设备自动化具有积极作用。关键词:热处理电阻炉;温度控制中图分类号:TB 115;TG 155.1 文献标识码:A 文章编号:025426051(2002)1120033203

Analysis and Simulation of T emperature Control of

H eat T reatment Electric 2Furnace

XU Jian 2lin

(College of Materials Science and Engineering ,G ansu University of Technology ,Lanzhou G ansu 730050,China )Abstract :Based on mathematical model of a temperature control system of heat treatment electric 2furnace ,a tem 2perature control system was analyzed and simulated by the Control System Toolbox and SIMUL IN K in MA T 2LAB.The processing ,namely a system stability analysis ,the response analysis of time domain and frequency do 2main ,the selection method of PID control parameters and simulation about the control model were introduced.The results of the simulation show that this method can improve the efficiency and display the results with graphs and text about the analysis and simulation of control temperature of heat treatment electric 2furnace.It will play an im 2portant role in improving automation level of heat treatment equipment.K ey w ords :haet treatment electric 2furnace ;temperature control

作者简介:徐建林(1970—

),男,陕西歧山县人,讲师,博士生,从事材料科学与计算机应用,发表论文20余篇,获省级二等奖1项,三等奖2项。联系电话:(0931)2806304收稿日期:2002202205

控制系统计算机辅助设计(CACSD )是对控制系统进行科学研究十分重要的手段。通过计算机对控制系统的控制方案及其参数进行分析仿真,以获得良好的控制效果,对控制原理应用于工程实践、缩短设计周期、提高控制效果具有积极作用。早期的CACSD 系统设计是利用编程语言开发的应用软件(如SL ICE 软件),这些软件用FORTRAN 等高级语言编写,存在编程效率低、,数值计算不稳定、计算结果

错误等缺点[1]

。目前,MA TLAB 已经成为国际控制界应用最广泛的语言和工具。用MA TLAB 语言编写的仿真程序非常简单、方便、高效。利用MA TLAB 的SIMUL IN K 仿真环境可建立系统仿真模型,实现仿真曲线及各种参数的直观显示。

在热处理中,电阻炉是常用设备,而温度对热处理工件质量具有重要影响,因此炉温控制显得尤为重要。位式控制炉温过程中,由于电炉的输入功率不能连续调节、炉温波动范围大、控制质量不高,同时伴有噪音和火花。利用PID 调节器可实现电炉输入功率的连续调节和炉温的连续控制,效果良好。本文在MA TLAB 平台上,对炉温控制系统进行了分析和仿真。

1　数学模型

一般将电阻炉视为一阶惯性环节加滞后的对象,其传递函数表示为[2]:

G (S )=

K TS +1

e 2τ

s

(1)

其中:T 为电炉的时间常数,T =RC (C 为电炉热容,R 为热阻);K 为比例系数;τ为纯滞后时间,单位s ;S 为负频域连续函数。

系数T 、K 、

τ对于不同的被控对象,其数值有所不同。现有一台50kW 箱式电阻炉,其T =17121、K =011、

τ=20s ,对该连续系统进行离散化处理,如果采用一阶采样保持器,采样周期t s =10s ,利用MA TLAB 的c2d 函数可得到离散系统的模型[3],即

k =0.1;t =17.21;d =20;ts =10;num =k ;den =[t ,1];

sysc =tf (num ,den ,’InputDelay ’,d );

sysd =c2d (sysc ,ts ,’for ’

)以上k 、t 、d 、ts 分别代表K 、T 、τ、t s 。运行结果为:

G (Z )=

0.02416Z +0.01991

Z 3-0.5593Z 2

(2)

获得负频域离散函数G (Z )。

1994:1012135.

[10]　Wert J A ,Paton N E ,Hamilton C H and Mahoney M W.Grain

Refinement of 7075Aluminum Alloy with Thermo 2mechanical Processing[J ].Metall Trans.,1981,12A :126721276.

[11]　Wert J A.Thermo 2mechanical Processing of Heat 2treatable Alu 2

minum Alloys for Grain Size Control[A ].Ed.Chia E H and Mc 2Queen H J.Micro 2structural Control in Aluminum Alloys [C ].New Y ork ,Metall.Soc.Inc.,1985,2:67294.

3

3《金属热处理》2002年第27卷第11期

2　控制系统分析与仿真

211　控制系统组成

常用电阻炉炉温控制系统如图1所示。其中的控制器可以是PID (包括P 、PI 、PD )控制器和自适应控制器等。PID 控制器是应用最广泛、最成熟的一种调节器。本文以PID 控制器为例来说明炉温控制系统的分析与仿真

。

图1　控制系统原理图Fig.1　Schematic of control system

212　稳定性分析

根轨迹法是定量描述系统稳定性的有效方法之一,根轨迹就是描述当某一特殊传递函数参数(通常为增益)变化时,闭环系统极点位置的变化轨迹。在图1中,当控制器取为比例控制器时,此时开环传递函数可表示为:

G (S )=0.1K p 17.21S +1

e

220S

(3)其中K p 为比例调节系数。

在MA TLAB 语言环境中,提供了绘制根轨迹的有关函数,程序如下:

num =[0.02416,0.01991];den =[1,-015593,0,0]figure (1)

axis (‘

square ’)zgrid (‘

new ’)title (‘

Root Locus ’)[r ,k ]=rlocus (num ,den )rlocus (num ,den )

hold on

theta =0:53pi/180:23pi ;x =sin (theta );y =cos (theta );

plot (x ,y ,‘r 2’

)[k ,pole ]=rlocfind (num ,den )

运行该程序,系统绘制出根轨迹,如图2所示。rlocfind 函数可找出根轨迹上任意点的增益,而根轨迹与单位圆的交点为系统临界稳定状态,即根轨迹在单位圆内时系统稳定。将十字光标移到根轨迹与单位圆相交点并点击确定,系统就可得到临界比例系数

。

图2　根轨迹图

Fig.2　Root locus plotting

Select a point in the graphics window selected —point =0.4977+0.8626i k =22.4905

pole =0.5043+0.8615i

0.5043-0.8615i -0.4493

运行结果表明,当K p <22.49时,系统稳定;当K p >

22149时,系统则不稳定。系统的稳定程度也可用Bode 图来反映。MA TLAB 提供的Bode 函数可实现该功能。

figure (2)margin (sysd )运行结果见图3,可见幅值裕度和相位裕度均大于零,表示系统稳定,而且稳定程度很高

。

图3　Bode 图Fig.3　Bode plotting

213　系统时域分析

对控制系统时域的分析是在给定的初始值及输入信号情

况下,逐步计算出每一时刻系统的时间响应,绘制出系统的响应曲线,由此来分析系统的性能。MA TLAB 提供了多种时域分析函数,如单位阶跃函数等。若输入信号为单位阶跃信号,比例控制K p 分别取为20和30,求其闭环系统的阶跃响应。以下是K p 为20时的程序:

numm =[0.4831,0.3983]denn =[1,-0.5593,0,0]tt =1:0.25:200;

[numc ,denc ]=cloop (numin ,denn ,21)subplot (2,1,1)dstep (numc ,denc )

同理也可求出K p 为30时的阶跃响应,其响应曲线如图

4

图4　系统阶跃响应图Fig.4　The system step response

4

3《金属热处理》2002年第27卷第11期

所示。图4表明当K p为30时,系统是不稳定的;当K p为20时,系统是稳定的,但系统存在较大的超调量以及过渡时间长的缺点。为了获得更好的控制效果,在经典控制系统的设计中,人们普遍采用PID控制。

214　PID控制器设计

PID控制器的传递函数为[4]:

G(S)=K p(1+

1

T i S

+T D S)(4)

其中,T D、T i分别为微分和积分时间常数。

该控制器已在工业上广泛应用,其中PID参数的选取非常重要,它直接影响着系统的控制效果。对于不同的被控对象,PID参数也不相同。扩充临界比例带法是一种基于系统临界振荡参数的闭环整定法。首先令T D=T i=0,然后增加比例参数,直到系统开始等幅震荡。根据前面分析,可通过根轨迹法求得系统等幅震荡时的幅值K m(对应根轨迹与单位圆的交点)和振荡频率W m,此时,PID控制器参数算法如下式[5]:K p=0.6K m

K d=

K pπ

4W m

(5)

K i=K p W m π

用MA TLAB编写的程序如下:

num=[0.02416,0.01991];

den=[1,-0.5593,0,0]

axis(‘square’)

zgrid(‘new’)

title(‘Root Locus’)

rlocus(num,den)

[km,pole]=rlocfind(num,den)

wm=imag(pole(1))

kp=0.63km

kd=kp3pi/(43wm)

ki=kp3wm/pi

运行求得:

kp=12.9976

kd=12.0486

ki=3.5054 SIMUL IN K是MA TLAB提供的仿真环境,在该环境中用户只需将设计好的控制环节以模块的方式连接起来,然后对各模块的属性进行设置,最后用SIMULA TION菜单中的START项就可对系统进行仿真。图5是利用MA TLAB的仿真环境实现的系统仿真结构图,设定各个参数后,可仿真出该控制系统的阶跃响应仿真曲线,如图6所示

。

图5　系统仿真结构图

Fig.5　The diagram of control

system

图6　系统阶跃响应仿真曲线

Fig.6　The step response of PID control system

3　结束语

(1)用MA TLAB的控制系统工具箱和SIMUL IN K仿真环境对炉温控制系统进行分析与仿真是方便、高效、可靠的。

(2)在实际工作中,由于热处理电阻炉型号的多样化[6],可根据试验确定系统数学模型中的参数,因此对应的控制系统参数也不相同,借鉴上述方法,可实现控制系统的分析与仿真。参考文献:

[1]　薛定宇.控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及其应用

[M].北京:清华大学出版社,1996.

[2]　朱麟章.试验参量的检测与控制[M].北京:机械工业出版社,

1989.

[3]　徐　昕,李　涛,伯晓晨,等.Matlab工具箱应用指南—控制工程

篇[M].北京:电子工业出版社,2000.

[4]　金以慧.过程控制[M].北京:清华大学出版社,1993.

[5]　余人杰,俞光昀,高祖纲.计算机控制技术[M].西安:西安交通

大学出版社,1996.

[6]　吉泽升,张雪龙,武云启.热处理炉[M].哈尔滨:哈尔滨工程大

学出版社,1999.

“水溶性防渗碳涂料”成果通过专家技术鉴定

2002年9月8日,中国热协组织技术专家在南京对西安市汇融科技有限公司开发的水溶性防渗碳涂料进行了技术鉴定。该涂料是针对国内外防渗碳技术与工艺中存在的工艺复杂、操作不便、防渗效果差、清洗困难、成本高等问题开发的一种新型水溶性防渗碳涂料,具有以下特点和效果:①涂料以硼酸盐玻璃为主要原料,采用水基粘接剂,不用溶剂型稀释剂,无环境污染,设计思路新颖。②涂料制备及涂覆工艺简便,易干燥,渗碳淬火后涂层可在清洗中完全清除。③涂料在一汽、江苏飞股公司、上汽齿轮三厂、江铃齿轮公司等20余家企业的汽车轴、转向螺杆和齿轮等多种零件大批量生产的防渗结果表明,经济和环境效益明显,生产成本显著降低,与传统防渗技术相比,可大幅度降低渗碳件的生产成本和提高经济效益。防渗效果显著,生产效率高,可大幅度降低渗碳件的生产成本和提高经济效益。

鉴定委员会认为该项目在使用效果和稳定性上达到国内领先水平,有广阔的应用前景,同意通过技术鉴定。希望进一步完善和规范企业标准,尽快取得ISO14000认证资格。

(中国热协　王德文供稿)

53

《金属热处理》2002年第27卷第11期

箱式电阻炉设计

辽宁工业大学 热工过程与设备课程设计（说明书） 题目：热处理箱式电阻炉的设计 （生产率110kg/h，功率30kw，温度≤600℃） 院（系）：材料科学与工程学院 专业班级：材料083 学号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间：2011-12-26~2011-1-8

课程设计任务及评语

目录 一、炉型的选择.................................................................................................. - 4 - 二、确定炉体结构和尺寸.................................................................................. - 4 - 三、砌体平均表面积计算.................................................................................. - 5 - 四、计算炉子功率.............................................................................................. - 6 - 五、炉子热效率计算.......................................................................................... - 8 - 六、炉子空载功率计算...................................................................................... - 8 - 七、空炉升温时间计算...................................................................................... - 8 - 八、功率的分配与接线...................................................................................... - 9 - 九、电热元件材料选择及计算.......................................................................... - 9 - 十、电热体元件图............................................................................................ - 10 - 十一、电阻炉装配图........................................................................................ - 10 - 十二、电阻炉技术指标（标牌）.................................................................... - 10 - 参考文献............................................................................................................. - 11 -

加热炉温度控制系统设计

过程控制系统课程设计 设计题目加热炉温度控制系统 学生姓名 专业班级自动化 学号 指导老师 2010年12月31日 目录 第1章设计的目的和意义 (2) 第2章控制系统工艺流程及控制要求 (2) 2.1 生产工艺介绍

2.2 控制要求 第3章总体设计方案 (3) 3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图 第4章控制系统设计 (5) 4.1 系统控制参数确定 4.2 PID调节器设计 第5章控制仪表的选型和配置 (7) 5.1 检测元件 5.2 变送器 5.3 调节器 5.4 执行器 第6章系统控制接线图 (13) 第7章元件清单 (13) 第8章收获和体会 (14) 参考文献 第1章设计的目的和意义 电加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定

性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。 在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。 这里，给出了一种简单的温度控制系统的实现方案。 第2章控制系统工艺流程及控制要求 2.1 生产工艺介绍 加热炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。 加热炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的加热炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。 本加热炉环节中，燃料与空气按照一定比例送入加热炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给物料。物料被加热后，温度达到生产要求后，进入下一个工艺环节。 加热炉设备主要工艺流程图如图2-1所示。

计算机控制课程设计电阻炉温度控制系统

计算机控制课程设计 报告 设计题目：电阻炉温度控制系统设计 年级专业：09级测控技术与仪器 化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产

生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 1.1电阻炉组成及其加热方式 电阻炉是工业炉的一种，是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化元件或物料的热加工设备。电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成，炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加

热方法也不同;由于工艺不同，所要求的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，对控温精度要求不同，因而控制系统的组成也不相同。电气控制系统包括主机与外围电路、仪表显示等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，因炉种的不同而各异。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， （4）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; （5）具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃; （6）具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。

炉温控制系统软硬件设计

毕业设计（论文） 摘要 随着电子技术的飞速发展，单片机在国民经济生产各行业发挥了重要的作用。它因为集成度高、体积小、运行可靠、应用灵活、价格低、面向控制等特点得到了广大工程技术人员和客户的好评。在温度控制方面，单片机能够代替常规的模拟调节器。本文主要设计了单片机炉温控制系统硬件电路和软件程序。系统具工作可靠、实时性强等特点，满足控制精度的要求。本着在满足系统性能要求的前提下，尽可能的减少硬件成本。本文主要涉及到控制系统的硬件设计和单片机的控制软件编程。本系统选用AD590对炉温进行检测，并且选用 OP07低漂移高精度前置放大器，对信号进行放大。在PCF8951完成数模转换之后，8051单片机对数据进行处理。采用分段方法控制三台电阻炉温度。人机接口电路部分能实现温度设定、温度显示、超温报警等功能。本设计对温度的调节时间不做说明。本文重点介绍硬件的选取与接口电路的设计、模拟量输入通道和开关量输出通道的设计以及相应算法的软件程序编程。 关键词：单片机；炉温控制；接口电路； 30

毕业设计（论文） Abstract With the rapid development of electronic technology，Single-chip production of various sectors in the national economy played an important role. It is because of the high integration, small volume, reliable operation, flexible, low price and application for control of the engineering characteristics of technical staff and customers. In temperature control, SCM can replace conventional analog regulator．This paper designs the temperature control system of microcontroller hardware circuit and software program. With reliable work, real-time system as the control accuracy requirements. Based on system performance requirements in the premise, reduce cost of hardware. This paper involves controlling system of hardware design and the SCM control software programming. This system choose AD590 thermocouple to test temperature and choose OP07 low drift of preamplifier to a mplifiy signal. In PCF8591 complete digital-to-analog 8051 single chip microcomputer, after processing of data. Segmentation control algorithm of three resistance furnace temperature. Can realize human-machine interface circuit of the temperature setting, temperature display, and overtemperature alarm etc. The design of temperature regulation time to do that. This paper introduces the hardware design of interface circuit and analog input channel, and channel of switching output corresponding algorithm and the design of software programming. Key words: SCM, Temperature control, Interface circuit, 30

箱式电阻炉热处理安全操作规程示范文本

箱式电阻炉热处理安全操作规程示范文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月

箱式电阻炉热处理安全操作规程示范文 本 使用指引：此操作规程资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 1.遵守一般热处理工安全操作规程,检查测温仪表、热 电偶、电气设备接地线是否完好。 2.检查炉膛内是否有其它工件,炉底板,电阻丝是否完 好。 3.工件进出炉时应断电操作,并注意工件或工具不得与 电阻丝碰撞和接触。 4.箱式电阻炉使用温度不得超过额定值。

5.电炉通电前应先合闸,再开控制柜电钮,停炉时,应先关控制柜电钮再拉闸。 6.每月定期清理设备各部位(包括炉底板下部)的氧化物和脏物,发现问题应及时修理。 7.热处理干燥箱、保温炉、电溶炉不得超过额定温度,其余均按本规程执行。 8.工作完毕整理工作场地,并填写交接班记录。(铁粉联动线操作工安全操作规程。 请在此位置输入品牌名/标语/slogan Please Enter The Brand Name / Slogan / Slogan In This Position, Such As Foonsion

基于单片机的电阻炉炉温控制系统

目录 第1章引言 (3) 1.1 课题背景及研究意义 (3) 1.2 计算机在热处理炉炉温控制中的应用 (3) 第2章系统硬件设计 (8) 2.1温度检测及变送器 (8) 2.2控制机构 (9) 2.3 A/D转换电路 (10) 2.4 温度控制电路 (14) 2.5 部分接口电路 (16) 第3章温度控制的算法和程序 (18) 3.1 温度控制的算法 (18) 3.2 温度控制的程序 (20) 第4章对于抗干扰的探究 (34) 4.1 抗干扰的措施 (34) 结束语 (35) 致谢 (36) 参考文献 (37) 附录1 电路图 (38) 附录2 英文专业文摘及翻译 (39)

基于单片机的电阻炉温度控制系统设计 摘要：主要以51系列单片机为核心对电阻炉炉温进行控制，使其温度稳定在某一个值上。最高温度为1000℃,并且有键盘输入给定温度值,由LED数码管显示温度值的功能. 关键词:单片机;电阻炉;温度控制 The design of temperature control system of the resistance furnace based on single chip microcomputer Abstract: Mainly with 51 series single chip microcomputer for the unit of nucleus heats to the control of The resistance furnace, the tallest temperature is 1000℃. And the temperature of keyboard input is constant, LED digitron displays the function of temperature point. Key words: single chip microcomputer;the resistance furnace; temperature control system

箱式电阻炉课程设计

一、设计任务书 题目：设计一台中温箱式热处理电阻炉； 炉子用途：中小型零件的热处理； 材料及热处理工艺：中碳钢毛坯或零件的淬火、正火及调制处理； 生产率：160kg/h； 生产要求：无定型产品，小批量多品种，周期式成批装料，长时间连续生产； 要求：完整的设计计算书一份和炉子总图一张。 二、炉型的选择 根据生产特点，拟选用中温箱式热处理电阻炉，最高使用温度950℃，不通保护气氛。 三、确定炉体结构及尺寸 1.炉底面积的确定 因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。已知生产率p为160kg/h，按照教材表5-1选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率p0为 120kg/(m2﹒h)，故可求得炉底有效面积： F1=P = 160 =1.33 m2 由于有效面积与炉底总面积存在关系式F1F=0.75~0.85，取系数上限，得炉底实际面积： F= F1 0.85 = 1.33 0.85 =1.57 m2 2.炉底长度和宽度的确定 由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑出料方便，取L B=2，因此，可求得： L===1.772 m B=L2=1.7722=0.886 m 根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L=1.741 m，B=0.869 m，如总图所示。 3.炉膛高度的确定 按照统计资料，炉膛高度H与宽度B之比H B通常在0.5~0.9之间，根据炉子工作条件，取H B=0.64Om。 因此，确定炉膛尺寸如下： 长L=230+2×7+230×1 2 +2=1741 m 宽B=120+2×4+65+2+40+2×2+113+2×2=869 mm 高H=65+2×9+37=640 mm 为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间，确定工作室有效尺寸为： L 效 =1500 mm B 效 =700 mm H 效 =500 mm 4.炉衬材料及厚度的确定 由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即113mm QN?0.8轻质粘土砖，+80 mm密度为250 kg m3的普通硅酸铝纤维毡，+113mm B级硅藻土砖。 炉顶采用113 mmQN?1.0轻质粘土砖，+80 mm密度为250 kg m3的普通硅酸铝纤维毡，

基于单片机的炉温控制系统设计毕业设计

基于单片机的炉温自动控制系统设计 摘要：在工农业生产中，温度是工业生产对象中主要的被控参数之一。电阻炉是通过电流流过电阻体产生热量来加热或熔化物料的一种电炉。电阻炉广泛地应用在化工、冶金等行业。它对温度控制的要求较高，温度控制的好坏直接影响着产品质量及生产效率，因此电阻炉的温度控制在科学研究、工业生产中具有重要的意义。 本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，以电阻炉作为控制对象，用热电偶作为测量元件，用晶闸管作为输出控制元件来实现对电阻炉温度自动控制。该系统利用K型热电偶温度传感器，把检测到的电阻炉温度的信号送入MAX6675芯片，经过信号放大等一系列转换后，再将信号送到单片机STC89C52内进行PID运算，同时可以通过键盘调节PID参数。经PID运算后，比例调节输出量改变晶闸管控制量，变晶闸管的导通角，从而控制电阻炉的加热强度。从而控制电阻炉的炉温。 关键词：电阻炉；MAX6675；单片机STC89C52；PID控制 Abstract：SummaryIn the industrial and agricultural production , the temperature is accused of one of the main objects of industrial production parameters . Furnace current flowing through the resistor generates heat to a furnace for heating or melting the material . Resistance furnace is widely used in chemical, metallurgical and other industries. It requires a higher temperature control , temperature control has a direct impact on product quality and production efficiency , and therefore resistance furnace temperature control is of great significance in scientific research , industrial production. The design uses a single chip for data processing and control unit to resistance furnace as a control object , as the measuring element with thermocouple with thyristor as a control element to achieve the output resistance furnace temperature control . The system uses K -type thermocouple temperature sensor , to detect resistance furnace temperature signal into the MAX6675 chip , after a series of converted signal is amplified and then signal to the microcontroller STC89C52 PID operation , and can adjust the keyboard PID parameters. After the PID operation , adjust the output volume ratio of the amount of change in thyristor controlled , variable thyristor conduction angle, so as to control the intensity of the resistance heating furnace . To control the furnace temperature resistance furnace . Key words：The resistance furnace; MAX6675; SCM STC89C52; PID contro 目录

热处理箱式电阻炉设计

辽宁x x 大学 热工过程与设备课程设计 题目：热处理箱式电阻炉的设计 （生产率150kg/h，功率39kw，工作温度≤600℃） 院（系）：X X 专业班级：X X 学号：X X 学生姓名：X X 指导教师：X X 起止时间：X X

课程设计（论文）任务及评语 院（系）：材料科学与工程学院教研室：材料教研室

目录 一、炉型的选择 (2) 二、确定炉体结构和尺寸 (2) 三、砌体平均表面积设计 (4) 四、计算炉子功率 (5) 五、炉子热效率计算 (7) 六、炉子空载功率计算 (7) 七、空炉升温时间计算 (7) 八、功率分配与接线 (9) 九、电热元件材料选择与计算 (9) 十、电热体元件图 (11) 十一、电阻炉装配图 (11) 十二、炉子技术指标 (11) 参考文献 (12)

设计任务： 为某厂设计一台热处理电阻炉，其技术条件为： (1)用途：中碳钢、低合金钢毛坯或零件的退火，处理对象为中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量； (2)生产率：150kg/ h； (3)工作温度：最高使用温度≤600℃； (4)生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。 一、炉型的选择 根据工件的特点与设计任务的要求及产量大小选择合适的炉型。由于小批量生产，品种多和工艺稳定的要求拟选用箱式热处理电阻炉，不通保护气氛。 二、确定炉体结构和尺寸 1．炉底面积的确定 炉底面积的计算方法有两种。一种是根据一次装料量计算，另一种是根据炉底强度指标计算[1]。因工件的加热周期和装炉量不明确，故不能用炉子一次装料量确定炉底面积，只能用炉底强度指标法。已知生产率为150kg/h，按表5—1[1]选择箱式炉用于正火和淬火 为120kg/(m2·h)，故可求得炉底有效面积 时的单位面积生产率p =150/120=1.25m2 F=p/p =～，取系数上限，得到炉底实际面积：由于有效面积与炉底总面积存在关系式F/F 1 F=F/= =1.47m2 2．炉底长度和宽度的确定 对于热处理箱式电阻炉，设计时考虑装出料的方便，根据长度与宽度之比，取L/B=2:1，因此，可求得炉底宽度 F=2.059m L=5.0/ B=L／2=／2=1.030m 为方便砌砖L=2205mm B=1048mm

电阻炉炉温控制系统的研制

摘要 电阻炉作为工业炉窑中的一种常用的加热设备被广泛的应用于工业生产中。对电阻炉温度控制精确与否将直接影像到产品的质量和生产效率。电阻炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，开关炉门，加热材料，环境温度以及电网电压等都影像控制过程，传统的电阻炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热要求。本文将PID控制算法引入到传统的电阻炉控制系统中，借此提高其控制效果。设计一个控制精度高，运行稳定的电阻炉温度控制系统是很有必要的。 本设计是以电阻炉温度为被控对象，单片机为核心的一种控制系统。其中以K型热电偶作为温度传感器。AT89c51单片机为控制核心，PID运算规律作为控制算法。文化中详细介绍了该控制系统的硬件电路设计。软件电路设计及PID控制算法。 在对电阻炉温度控制系统的研究之后，本设计主要完成温度控制系统的总体方案设计，硬件原理图的绘制，信号调理电路的设计，固态继电器的应用及温度控制电路的设计同时也完成了系统程序设计，并通过软件完成了对温度的控制功能。 关键词：电阻炉温度控制PID算法单片机

The Design of Temperature Control System of Resistance Furnace Abstract Resistance furnace was widely used in industrial production,the effect of the temperature control of Resistance furnace has a direct impact on product quality and productivity. Therefore, the design of high-precision control and stable operation of the resistance furnace temperature control system has a high application value. In this design, the resistance furnace as a controlled object,singlechip as the design of a control unit. Which type of thermocouple temperature sensor as K,AT89c51 microcontroller as control core and PID control algorithm for operation rule, This paper introduces the control system of the hardware circuit, software design and the PID control algorithm. On the resistance furnace temperature control system, the design of the main completed the overall scheme of the temperature control system design, hardware circuit principle diagram, the signal of the temperature contral circuit design of the system ,meanwhile finish the program design, through the software control to complete the function of temperature control. Key words：The resistance furnace Temperature control PID control Single-chip microcomp

模电课设—温度控制系统的设计

目录 1.原理电路的设计 (1) 1.1总体方案设计 (1) 1.1.1简单原理叙述 (1) 1.1.2设计方案选择 (1) 1.2单元电路的设计 (3) 1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (3) 1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (4) 1.2.3电压表征温度单元 (5) 1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (6) 1.2.5驱动单元——继电器 (7) 1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (8) 1.3完整电路图 (10) 2.仿真结果分析 (11) 3 实物展示 (13) 3.1 实物焊接效果图 (13) 3.2 实物性能测试数据 (14) 3.2.1制冷测试 (14) 3.2.2制热测试 (18) 3.3.3性能测试数据分析 (20) 4总结、收获与体会 (21) 附录一元件清单 (22) 附录二参考文献. (23)

摘要 本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339N 为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。 关键词：温度；测量；控制。

Abstract This course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741， NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products. Key words: temperature ; measure ;control

热处理电阻炉安全操作规程

热处理电阻炉安全操作规程 1、箱式电阻炉 1、1作业前检查： 1、1、1测温仪表、热电偶、电气设备接地线等是否完好； 1、1、2炉膛内是否有遗留工件，炉底板电阻是否完好。 1、2工件进出炉时应断电操作，不允许工件或工具与电阻丝相碰撞或接触。 1、3箱式电阻护使用温度不允许超过额定值。 1、4电炉通电前应首先合闸，再开控制柜电钮。停炉时应先关控制柜电钮，再拉闸。 1、5每日清理设备各部位（包括炉底板下部）的氧化物和杂物。 1、6工作完毕应整理工作场地，并向下一班次操作负责人交待设备情况。 2、井式电阻炉 2、1管理者应指定炉前操作负责人。 2、2使用前检查设备及炉盖提升装置、工件吊具是否缺损，设备接地、风扇是否良好。 2、3装、出炉工件时应切断电源，不允许带电操作。吊装工件时应注意不应碰撞或接触电阻丝，工件重量不允许超过吊具规定负荷。 2、4开炉过程中，温度不允许超过额定值。 2、5吊装工件时，炉子平台上、下不允许站人。 3、气体渗碳炉 3、1 指定炉前操作负责人。 3、2工作前准备： 3、2、1检查设备的接地情况，并将测量仪表按工艺规范调整正确； 3、2、2 检查炉盖的升降机构是否正常； 3、2、3风扇转动平稳、无噪音，风扇的冷却水管应完好无堵塞，工作中的冷却出水温度不允许大于60℃；

3、2、4输油管道应完好畅通无渗漏，排气管、滴油器应畅通； 3、2、5炉罐内应无碳黑之类杂物，炉子应密封良好； 3、2、6检查吊车的吊放工具是否良好，工件起吊后吊钩下不允许站人。 3、3先给风扇轴迷宫装置通冷却水，然后给设备通电。 3、4温度在3600℃以上时不允许关掉风扇。 3、5温度在750℃以下时不允许向炉内滴注煤油，以防爆炸。 3、6 RJJ 系列气体渗碳炉最高工作温度不允许超过950℃。各设备装置量及最大工件尺寸应符合设备的技术要求。 3、7工件进出炉时设备应断电；吊车的升降速度应缓慢，起吊工件时应将吊钩对中。 3、8在渗碳过程中应点燃从炉内排出的废气。 3、9渗碳工作完毕应立即用辅助炉盖将渗碳炉罐盖好。 3、10液体渗碳剂、甲醇等均属易燃易爆物品，应严格保管，注意防火防爆。 3、11定期检查设备，清洁环境卫生。 4、气体氮化炉 4、1指定炉前操作负责人。 4、2氨瓶应放置在阴凉通风的地方，距离工作场地5m 以上，不允许靠近热、电源，或受日光曝晒，以防气体受热膨胀爆炸。 4、3氨瓶应在指定地点立放，不准用吊车运送，不准摔碰、涂油脂和卧放。 4、4冬季存放氨瓶，环境气温应保持在20℃左右。如液氨冻结，只能用水冲淋化冻，不允许用火或电炉烘烤。 4、5液氨用完后，应在瓶上标注“已用完”，并集中堆放。 4、6氮化炉装好料后，应仔细检查氨气管道、炉盖是否有泄漏，以免污染环境，氨气中毒；严防氨分解出来的氢气遇火自燃，引至氮化包内引起爆炸。

温度控制系统设计

温度控制系统设计 目录 第一章系统方案论证错误！未指定书签。 总体方案设计错误！未指定书签。 温度传感系统错误！未指定书签。 温度控制系统及系统电源错误！未指定书签。 单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计错误！未指定书签。 算法原理错误！未指定书签。 第二章重要电路设计错误！未指定书签。 温度采集错误！未指定书签。 温度控制错误！未指定书签。 第三章软件流程错误！未指定书签。 基本控制错误！未指定书签。 控制错误！未指定书签。 时间最优的控制流程图错误！未指定书签。 第四章系统功能及使用方法错误！未指定书签。 温度控制系统的功能错误！未指定书签。 温度控制系统的使用方法错误！未指定书签。 第五章系统测试及结果分析错误！未指定书签。 硬件测试错误！未指定书签。 软件调试错误！未指定书签。 第六章进一步讨论错误！未指定书签。 参考文献错误！未指定书签。 致谢错误！未指定书签。 摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计，文章结合课题《温度控制系统》，从硬件和软件设计两方面做了较为详尽的阐述。 关键词：温度控制系统控制单片机 : . : 引言： 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文设计了以单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用改进的数字控制算法，显示采用静态显示。该系统设计结构简单，按要求有以下功能： ()温度控制范围为°; ()有加热和制冷两种功能 ()指标要求： 超调量小于°；过渡时间小于；静差小于℃；温控精度℃ ()实时显示当前温度值，设定温度值，二者差值和控制量的值。 第一章系统方案论证 总体方案设计 薄膜铂电阻将温度转换成电压，经温度采集电路放大、滤波后，送转换器采样、量化，量化后的数据送单片机做进一步处理；

热处理箱式电阻炉课程设计

热处理箱式电阻炉课程设计 一、设计任务 1、炉型：箱式炉 2、设计要求：（1）生产率或一次装炉量：100kg/h （2）零件尺寸：长、宽、高尺寸最大不超过150mm （3）零件材料：中、低碳钢、低合金钢及工具钢 （4）零件热处理工艺：淬火加热 3、任务分析： （1）生产率或一次装炉量为100kg/h ，属小型炉； （2）生产长、宽、高尺寸最大不超过150mm 的零件，选择箱式炉合理； （3）淬火加热工艺表明所设计的箱式炉属于中温范畴。 二、电阻炉的炉体结构设计 1、炉型选择：由于所生产的零件尺寸较小，都不大于150mm ，且品种较多，热处理 工艺为淬火加热，具体品种的淬透性不同，工艺有所差别，故采用周期作业中温箱式热处理炉进行设计。（额定温度为950℃） 2、炉膛设计 （1）典型零件的选定 参照设计任务的要求，选用40Cr 钢齿轮模拟设计 ①齿轮参数：分度圆mm d 128= 齿顶圆mm d a 136= 齿数32=z 模数 4=m 齿宽mm b 70= 全齿高mm h 9= 齿根圆mm d f 118= 齿轮孔径mm d 40=孔 ②设定工艺曲线： 加热时间 t=a ×k ×D （a ：加热系数，k ：工件装炉条件修正系数，D ：工件 《热处理手册》第四版第二卷，机械工业出版p55 工艺周期为5h 《热处理设备》p117表5-4

有效厚度） 查表得：a 为1.2-1.5min/mm 取1.3 min/mm k 取1.8 故时间 t=1.3×1.8×70=163.8min 取加热时间3h ，保温时间2h 工艺周期为5h （2）确定炉膛尺寸 一次装炉量=生产率×周期=100kg/h ×5h=500kg 单位重量 kg kg d d 337.6108.7b ])2 ( )2[(m 322 =???-=孔π 零件个数 809.78337 .6500 ≈== n 个 查表可知，炉底单位面积生产率 h m kg P ?=20100 有效面积 22 01100 100m m P P F === 有效 由于工件之间距离为工件高度的0.3-0.5，故取工件之间距离为30mm 设计每次装炉80个零件，分两层分布，每层40个,纵向8个,横向5个 实际炉底面积 224.125.18 .01 m m K F F ≈== = 有效实 （K 为炉底利用系数，通常为0.8-0.85） 取 长 L=1.4m ， 宽 B=1.0m 炉子高度一般为（0.52-0.90）B ，取0.6B ，故H=0.6m 3、炉体各部分结构 （1）炉衬：分为内层耐火层和外层保温层 内层：用QN —1.0的轻质耐火粘土砖 外层：B 级硅藻土砖，热导率为t 1023.0131.03 -?+，最高使用温度为900℃ （2）炉墙： 耐火层：QN —1.0轻质耐火粘土砖，规格为230×113×65mm ，热导率为 t 3110256.029.0-?+=λ，厚度 mm 1131=δ 保温层：B 级硅藻土砖，规格为230×113×65mm ，热导率为 t 1023.0131.03 -2?+=λ，厚度 mm 2302=δ 炉膛尺寸： L=1.4m B=1.0m H=0.6m 《热处理设备课程设计指导书》附表2

计算机控制技术课程设计-电阻炉温度控制系统设计

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，使其在预定的时间将炉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。控制系统组成框图如图11-1所示。采用热电偶作为测温元件，经变送器及A/D转换电路对测得的温度信号进行处理，送入主机与给定值比较，按控制算法计算后输出控制量，通过固态继电器实现对电阻炉加热功率的调节，使炉温按设定温度曲线变化。各部分方案如下： （1）控制系统主机 考虑到MCS-51系列单片机已经过长期的应用，性能比较稳定，其功能完全可以满足本系统控制要求，人们对它又比较熟悉，因此主机采用AT89C51单片机。 （2）检测装置 系统选用镍铬-镍硅热电偶作为测温元件检测炉膛中的温度。镍铬-镍硅热电偶测温围为-200～+1200℃（分度号为k）。它线性度较好，价格便宜，输出热电动势较大（40μA/℃），便于测量放大器的选配。热电偶冷端温度补偿采用集成温度传感器AD590。变送器采用两级放大，第一级选用高稳定性运放ICL7650，第二级由通用型集成运算放大器μA741构成。 （3）执行机构 采用交流过零触发型固态继电器控制电路。这种控制方式与传统的采用移相