青岛科技大学计算机控制技术课程设计.doc

计算机控制技术课程设计任务书 题目3 ：淬火炉炉温控制系统设计 1、设计内容 淬火是生产过程中的一道关键工序，其温度控制的精度直接影响到产品的质量。淬火炉温度控制通常由多个温区。本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制温度范围500-800℃，控制精度在±1℃。温度探头选用热电偶。输出0-10mA电流信号通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压，输入电流输出电压线性关系。其对象温控数学模型为： 其中：时间常数 T＝400秒 放大系数 K＝100℃/mA 滞后时间 τ=10秒 控制算法选用PID控制。 2、设计步骤 一、总体方案设计、控制系统的建模和数字控制器设计 二、硬件的设计和实现 1.选择计算机机型（采用51内核的单片机）； 2.设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等）； 3.设热电偶检测信号放大和A/D转换接口电路； 4.设计D/A转换和电流驱动接口电路； *5. 其它相关电路的设计或方案（电源、通信等） 三、软件设计 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块； 编写A/D转换和温度检测子程序； 编写PID控制程序和D/A转换控制子程序模块； *4. 其它程序模块(显示与键盘等处理程序)。 四、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图。 目录 前言 3 1 章 总体方案设计 3 1.1 控制方案选择 3 1.2 数学模型的建立 4 1.3 控制算法的确定 4 1.4 系统组成框图及工作原理 5 2 章 硬件电路设计 5 2.1 微控制器 5 2.2 A/D转换模块 6 2.3 D/A转换模块 6 2.4 温度测量电路 7 2.5 温度控制电路 7 2.6 键盘与显示电路 8 2.7 报警电路 9 3 章 软件设计 9 3.1 主程序流程图及程序 9 3.2 A/D转换和温度检测子程序 9 3.3 D/A转换控制子程序模块 9 4 章 总结 12 参考文献 13 附录 系统总原理图 14 前言 温度是工业对象中一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。温度控制是许多设备的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，以利于进行工件的加工与处理。不论是在生活中还是在工业生产过程中，温度的变化对生活、生产的某些细节环节都会造成不同程度的影响，所以适时地对温度进行控制具有重要的意义。 一直以来，人们采用了各种方法来进行温度控制，都没有取得很好的控制效果。起先由于电阻炉的发热体为电阻丝，传统方法大多采用仪表测量温度，并通过控制交流接触器的通断时间比例来控制加热功率。由于模拟仪表本身的测量精度差，加上交流接触器的寿命短，通断比例低，故温度控制精度低，且无法实现按程序设定的升温曲线升温和故障自诊断功能，因此要对传统的温度控制方法进行改造。如今随着以微机为核心的温度控制技术不断发展用微机取代常规控制已成必然，因为它确保了生产过程的正常进行，提高了产品的数量与质量，减轻了工人的劳动强度以及节约了能源，并且能够使加热对象的温度按照某种指定规律变化。这不但对用户来说具有很大的意义，而且对整个社会来说都是有重大意义总体方案设计方案一系统采用8031作为系统的微处理器。温度信号由热电偶检测后转换为电信号经过预处理（放大）送到A/D转换器，转换后的数字信号再送到8031内部进行判断或计算。从而输出的控制信号来控制锅炉是否加热。但对于8031来说，其内部只有128个字节的RAM，没有程序存储器，并且系统的程序很多，要完成键盘、显示等功能就必须对8031进行存储器扩展和I/O口扩展，并且需要容量较大的程序存储器，外扩时占用的I/O口较多，使系统的设计复杂化。方案二综上所述的种方案，该设计选用方案二比较合适。本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制温度范围-800℃，控制精度在±1℃。温度探头选用热电偶。输出0-10mA电流信号通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压，输入电流输出电压线性关系。其对象温控数学模型为： （2-2-1）θ（s）为炉温，U（s）为输入电压，K、TP、τ为炉子的参数。这三个参数都能通过实验的方法得到。 1.3 控制算法的确定 PID调节是连续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。它结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，而且可以根据系统的要求，采用各种PID的变型，如PI、PD控制及改进的PID控制等。它具有许多特点，如不需要求出数学模型、控制效果好等，特别是在微机控制系