电阻炉温度控制系统设计

四川理工学院毕业设计（论文）

电阻炉温度控制系统设计

学 生：××× 学 号：××× 专 业：××× 班 级：×××

指导教师：×××

四川理工学院自动化与电子信息学院

二O××年六月

四川理工学院本科毕业（设计）论文

摘 要

自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。微控制器控制的电阻炉温度控制系统是一种能耗相对来说比较低的温度控制系统。本设计采用微控制器对电阻炉加热过程进行控制。使用热电偶作为温度传感器把热信号转变成电信号，电信号经过放大、模数转换，再输入到微控制器。控制器采用PID控制算法，温度控制的原理是通过调整晶闸管的导通时间来调节加热主回路的有效电压，从而达到温度控制的目的。系统由微控制器、温度传感器、键盘及显示电路、晶闸管控制电路等组成一个闭环控制系统。系统控制程序采用模块化设计结构，主要包括主程序、数据采集子程序、控制算法子程序等。

关键词：电阻炉；温度控制；微控制器；热电偶；晶闸管；PID

I

电阻炉温度控制系统设计

ABSTRACT

Automatic control system is widely used in diverse areas especially in the process industry, temperature control is the most common of control system of control type. Resistance temperature control system is the control system which consumes less than others. The single microcomputer is adopted to control the heating process of resistance. Using a temperature sensor to turn thermal signal into electricity signal, enlarge the electricity signal, transformed through simulate numbers, then input the MCU. Controllers use the PID control algorithm. The principle of temperature control is adjusting to the effective voltage of main circuit which regulate the diversified time of the thyristor, therefore, it carries out the purpose of controlling temperature. The system of MCU is an cycle control system which is made by MCU、temperature sensor、keyboard、display circuit and thyristor control circuit. Control procedure of the system adopt the module structure, including main procedures, data acquisition subroution and control algorithm subroutine etc..

Key words: Resistance Heater；Temperature Control；MCU；Thermocouple；

Thyristor；PID.

- II -

电阻炉温度控制系统设计

目 录

摘 要............................................................... I ABSTRACT........................................................... II 第1章 绪 论........................................................ 1 1.1 概述 .......................................................... 1 1.2 温度测控技术的发展与现状 ...................................... 1 1.2.1 定值开关控温法 ........................................ - 2 - 1.2.2 PID线性控温法............................................. 2 1.2.3 智能温度控制法 ............................................ 3 1.3 系统总体设计方案 .............................................. 3 1.3.1 系统性能要求及特点 ........................................ 4 1.3.2 系统硬件方案分析 .......................................... 5 1.3.3 系统软件方案分析 .......................................... 5 1.4 本文主要工作及章节安排 ........................................ 6 第2章 电阻炉控制系统的硬件部分..................................... 8 2.1 系统硬件总体结构 .............................................. 8 2.2 主控模块器件选型及设计 ........................................ 8 2.2.1 微控制器的选用 ............................................ 8 2.2.2 主控模块设计 ............................................. 10 2.3 输入通道设计 ................................................. 12 2.3.1 K型热电偶温度传感器...................................... 12 2.3.2 数字转换器MAX6675........................................ 13 2.4 输出通道设计 ................................................. 17 2.4.1 电阻炉的功率调节方式 ..................................... 17 2.4.2 晶闸管输出电路 ........................................... 18 2.5 人机对话通道设计 ............................................. 19 2.5.1 键盘接口电路设计 ......................................... 19 2.5.2 显示电路设计 ............................................. 20 2.5.3 报警电路设计 ............................................. 20 2.6 硬件抗干扰措施 ............................................... 22 第3章 控制算法.................................................... 23 3.1 PID控制...................................................... 23 3.1.1 PID控制的发展............................................ 23 3.1.2 PID控制理论.............................................. 23 3.1.3 PID控制算法.............................................. 24 3.2 电阻炉数学模型的确定 ......................................... 26 3.2.1 电阻炉特性分析 ........................................... 27 3.2.2 电阻炉数学模型的辨识 ..................................... 27 3.3 PID控制参数整定.............................................. 29 第4章 系统软件设计................................................ 32