课程设计退火炉温度控制系统资料讲解

管材真空退火炉温度控制系统管材真空退火炉的温度控制系统，原采用DDC-II型仪表进行温度控制，其控制精度低、可靠性差，已经不能满足设备生产要求，文章采用单回路反馈控制系统来进行温度控制，很好的满足了管材真空退火炉的温度控制要求。

标签：真空退火炉；单回路反馈控制；温度控制引言管材真空退火炉的温度控制系统，原采用DDC-II型仪表进行温度控制，其控制精度低、可靠性差，已经不能满足设备生产要求，为了使管材真空退火炉能够满足现代工业生产的要求，改造后的系统必须具有先进性和可靠性等特点，针对上面的要求，将原有控制系统改造为单回路反馈控制系统。

单回路反馈控制系统亦称单回路调节系统简称单回路系统，由四个基本环节组成被控对象、控制器、变送器和执行器。

从系统的框图（图1）看，只有一个闭环回路。

单回路反馈控制系统组成方框图，如图1所示。

单回路控制系统其结构比较简单、所需自动化控制工具少、投资比较低、操作维护比较方便，能满足管材真空退火炉工业生产过程的控制要求，而且闭环控制系统结构简单，易于实现自动控制。

本次设计采用单回路反馈闭环系统，以可编程温度控制仪表FP21仪表为控制器，充分利用FP21仪表能处理模拟量、数字运算的特点，可控硅移相调压装置作为执行机构，用其输出的可调直流电流来控制饱和电抗器的输出电流，达到控制炉内加热体温度，进而控制管材的退火温度。

本次方案设计如图2所示。

在管材真空退火炉炉温单闭环控制系统中，热电偶作为检测元件检测炉温，仪表FF21作为信号转换装置将热电偶输出的微弱的电压信号转换为标准量程的电流或电压，通过A/D转换将它与温度设定值比较，并按某种控制规律（例如PID控制算法）对误差值进行运算，将运算结果经A/D转换后变为电流信号，用来控制可控硅调压装置，通过它控制加热用的电流大小，实现对温度的闭环控制。

单闭环负反馈控制可以使控制的反馈量等于或跟设定值。

在管材真空退火炉温控制系统中，管材的温度值低于给定的温度值，反馈量小于给定值，误差为正，则控制器的输出量将增大，使可控制调压装置的电流增大，进入退火炉的电流也随之增大，加热炉的温度升高，最终使实际温度接近或等于给定值。

一种实现退火炉温度自动控制的设计摘要:该文主要介绍了退火炉温度微机控制系统，及控制系统的工作原理。

关键词:退火炉AT89S51 增量型PID算法温度控制在金属热处理中，退火工序是必不可少的，退火能够降低金属的硬度、使金属组织细化、金属性能上有利于切削加工、并金属的内应力被消除。

在退火炉工作过程中，检测控制的参数大多围绕温度进行。

退火炉的温度受多种因素、多参量的随机过程影响，很难全面考虑各种因素的影响。

此设计的温度自动控制系统，能优化大型退火炉过程控制，输出准确，满足退火炉的严格质量要求。

1 硬件部分设计1.1 系统的硬件设计分为四个部分(1)由AT89S51等组成控制系统，以AT89S51为处理核心，控制温度采集与处理，并设置温度限值报警和定值保持等功能。

选用AT89S51的P0口的0.0、0.1、0.7作为控制信号和报警信号的接口提供信号。

(2)显示操作系统由键盘、显示器构成,用来显示调节各子程序,显示退火炉的八点检测温度。

并将八路温度的平均值与设定的限值温度进行比较，在工作范围内是绿灯被点亮，超出设定范围两个红灯亮，发出超限报警信号，操作员根据报警信号进行人为操作，转入相应的处理程序，控制执行部分实现对炉温的调节。

(3)检测单元包括热电偶、变送器、电子放大电路、模数转换器组成的。

热电偶检测炉温，经过变送器将温度信号转换为电信号，在由放大电路将微弱信号，放大为0～5?V的标准信号，送入模数转换器，将模拟信号转化为数字信号，然后传送到AT89S51进行数据处理。

(4)执行单元包括数模转换器、电压电流转换电路、以及自动与手动相结合的控制阀门。

数模转换器将数字量转化为模拟量，经过运算放大器将电流信号转化为电压信号后送入模拟执行器件，由执行器件控制阀门的开度，调节煤气的输入量，以调节控制退火炉的炉温。

1.2 控制系统的工作过程首先，通过八路热电偶采集退火炉的温度，通过变送器进行信号转换、在经过放大电路将温度信号转变为0～5?V的标准电压信号送入模数转换器，模数转换器将模拟信号转化为数字信号后送入AT89S51进行数据处理。

温度控制系统课程设计一、引言温度控制系统是一种常见的自动化控制系统，广泛应用于工业生产、农业生产、医疗保健等领域。

本课程设计旨在通过设计一个基于单片机的温度控制系统，让学生了解自动化控制系统的基本原理和实现方法。

二、设计目标本课程设计的主要目标是设计一个基于单片机的温度控制系统，具体包括以下方面：1. 实现温度测量功能：通过传感器获取环境温度，并将数据转换为数字信号，供单片机处理。

2. 实现温度调节功能：根据设定温度和当前环境温度，通过单片机输出PWM信号调节加热器功率，从而实现对环境温度的调节。

3. 实现显示功能：将当前环境温度和设定温度以数字形式显示在LCD 屏幕上。

4. 实现报警功能：当环境温度超过设定范围时，通过蜂鸣器发出警报提示操作者。

三、硬件系统设计1. 硬件平台选择本课程设计采用STM32F103C8T6单片机作为控制核心，具有较高的性价比和丰富的外设资源，适合用于中小规模的自动化控制系统。

2. 温度传感器选择本课程设计采用DS18B20数字温度传感器，具有精度高、响应速度快、可靠性强等优点，适合用于工业自动化控制系统。

3. LCD显示屏选择本课程设计采用1602A型液晶显示屏，具有低功耗、易于控制等优点，适合用于小型自动化控制系统。

4. 其他外设选择本课程设计还需要使用继电器、蜂鸣器、电阻等外设实现各项功能。

四、软件系统设计1. 系统架构设计本课程设计采用分层结构设计，将整个软件系统分为数据采集层、控制层和用户界面层三个部分。

其中数据采集层负责获取环境温度数据；控制层根据设定温度和当前环境温度输出PWM信号调节加热器功率；用户界面层负责显示当前环境温度和设定温度，并实现报警功能。

2. 数据采集层设计数据采集层主要负责获取环境温度数据，并将其转换为数字信号供单片机处理。

本课程设计采用DS18B20数字温度传感器实现温度测量功能，具体实现步骤如下：（1）初始化DS18B20传感器。

（2）发送读取温度命令。

课程设计--炉温控制系统的设计二○一三～二○一四学年第一学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：计算机控制与接口技术课程设计班级：学号：姓名：指导教师：二○一三年十一月一、 设计题目和设计要求1.设计题目炉温控制系统的设计2.设计任务和要求设计一个炉温控制系统，对象的传递函数： s e s s G 021158)(-+=，炉子为电炉结构，单相交流220V 供电。

温度设定值：室温~100℃，可以任意调节。

要求： (1) 画出电路原理图，包括：给定值、反馈、显示的电路及主电路； (2) 阐述电路的工作原理；(3) 采用对象为大滞后的算法，求出u(k); (4) 定出闭环数学控制的程序框图。

二、 设计任务分析（一）系统设计：在工业化生产中，需要有大量的加热设备，如用于熔化金属的坩埚炉、用于热处理的加热炉，以及各种不同用途的反应炉，加热炉，温度控制成为制约工业发展的重要环节。

随着计算机技术的不断发展，用于工业生产中炉温控制的微机控制系统更加成熟。

实践证明，它具有功能强、精度高，经济性好的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，能源环保，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。

该系统以MCS-51单片机为核心构成一个炉温控制系统，该系统具有对电炉温度的实时控制，定时检测和调节，温度数据显示并打印，存储必要的信息等功能。

由外部操作键盘，输入给定数值，进行相应的参数设定，并可以根据需要进行手动、自动之间的切换。

本系统主要由单片机应用系统主机板、晶闸管主电路及电气控制、温度检测与信号放大模块、数字控制与同步触发模块等部分组成。

单片机应用系统主机板采用模块式结构，功口线和各信号设计成总线形式，应用系统的各部分都通过总线插座方便地与单片机接口。

Ⅰ.典型的反馈式温度控制系统通常由下图（a ）所示的几部分组成，其中调节器 由微型机来完成。

图a 单片机炉温控制系统结构图Ⅱ.给定信号如何给计算机温度给定值可以通过计算机键盘输入（键盘与单片机连接），也可以通过数学表达式由程序自动设定，还可以用拨码盘，一般拨码盘常用于过程控制的控制柜（化工企业）。

郑州航空工业管理学院《单片机原理与应用》课程设计说明书2007 级电气工程及其自动化专业0706073 班级题目退火炉温度控制系统姓名学号指导教师职称讲师二О一O 年12 月21 日摘要：目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

近年，由于CHMOS技术的进小，大大地促进了单片机的CMOS化。

CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。

这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。

因为单片机芯片多数是采用CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。

CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。

采用双极型半导体工艺的TTL电路速度快，但功耗和芯片面积较大。

随着技术和工艺水平的提高，又出现了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工艺。

CHMOS和HMOS工艺的结合。

目前生产的CHMOS电路已达到LSTTL的速度，传输延迟时间小于2ns，它的综合优势已在于TTL电路。

因而，在单片机领域CMOS 正在逐渐取代TTL电路。

关键词：热电偶 A/D转换器低温报警高温报警退火炉温度度控制系统的基本原理退火炉使用电热丝加热，温度范围为0~1275℃，炉内温度值经热电偶检测后，经变送器变成0~5V范围内的电压信号送A/D转换器转换成对应的数字量。

数字量经数字滤波后送入CPU作为本次采样值。

把测量到的温度值与设定值进行比较来决定是否启动电热丝加热，若低于600℃则启动电热丝加热，若高于900℃则停止加热以达到控制温度的目的。

我的创新点：在任务要求的完成的基础上，增加以下功能，如果温度低于600℃，则亮低温报警灯，响报警器，并启动加热电阻自动加温，直至达到设定的温度。

加热过程中，若温度高于600℃则停止警报声，若温度达到设定值，灭低温报警灯，数码管显示加热后的温度值。

退火炉操作规程引言概述：退火炉是一种常用的热处理设备，用于改善金属材料的力学性能和组织结构。

正确的操作规程对保证产品质量和生产效率至关重要。

本文将详细介绍退火炉的操作规程，包括温度控制、加热速度、保温时间、冷却速度以及操作注意事项。

一、温度控制：1.1 退火炉的温度应根据金属材料的特性和要求进行调整。

普通来说，温度应在金属材料的再结晶温度以下，但不超过其熔点。

不同材料的再结晶温度不同，所以需要根据具体情况进行调整。

1.2 在调整温度时，应逐渐升温，以避免温度梯度过大引起材料变形或者破裂。

通常，升温速度不应超过材料的热应力极限。

1.3 在达到设定温度后，应保持一段时间进行保温，以确保材料的均匀加热和晶粒的再结晶。

二、加热速度：2.1 加热速度应根据材料的热导率和尺寸进行调整。

普通来说，加热速度应适中，既要保证加热的迅速性，又要避免温度梯度过大。

2.2 对于大尺寸的材料，应适当降低加热速度，以避免内部应力过大引起变形或者裂纹。

2.3 在加热过程中，应注意避免产生过多的氧化物，可采取适当的气氛控制或者采用保护性气氛。

三、保温时间：3.1 保温时间应根据材料的厚度和性质进行调整。

普通来说，保温时间应足够长，以确保材料的充分再结晶和晶粒的长大。

3.2 对于不同材料，保温时间有所差异。

一些材料需要长期的保温，以获得较大的晶粒尺寸和更好的力学性能。

3.3 在保温过程中，应避免温度波动，以免影响材料的再结晶和晶粒生长。

四、冷却速度：4.1 冷却速度应根据材料的特性和要求进行调整。

普通来说，冷却速度应适中，既要保证材料的冷却迅速性，又要避免冷却速度过快引起材料的变形或者裂纹。

4.2 对于一些特殊材料，如高碳钢，可采用快速冷却的方法，以提高材料的硬度和强度。

4.3 冷却过程中，应避免材料与冷却介质接触过长期，以免产生过多的残存应力。

五、操作注意事项：5.1 操作人员应熟悉退火炉的结构和工作原理，并能正确操作和调整设备。

题目退火炉计算机温度控制系统设计分院姓名学号专业班级指导教师引言退火炉是一种热处理设备，它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间，然后让其自然冷却。

其目的在于消除压力容器的整体压力。

提高压力容器的使用寿命。

温度是退火炉的主要被控变量，是保证其产品质量的一个重要因素。

1 设计要求温度控制系统设计：已知某退火炉，规定额定温度为T，允许误差为△T=±2%，其加热是通过煤气燃烧来实现的，试设计一个计算机温度控制系统来实现炉温控制？并给出系统模型，选用主要元器件，设计控制算法，最后在MATLAB上对系统进行仿真？大概过程：1 设计要求2 要求分析，建立温度控制系统的原理框图3 根据框图给出系统的方块图（包括各个主要组成部分的模型建立，如电机，退火炉（为一阶环节与滞后环节相乘）等）4 选好控制器（单片机），A/D，D/A，传感器，电机等，画出大概电路图5 选定控制算法，给出计算公式，并把具体参数带入到公式中，在MATLAB上建模仿真，分析典型信号的相应特性。

2、退火炉温度控制系统的原理框图退火炉以煤气、空气混合气为辅助燃料，煤气和空气的比例为3:2，炉温的高低直接与混合气的进给量有关，适当调节它的进给量，即恰当地控制混合气的阀门的开启角度就可以控制退火炉的温度高低。

退火炉的结构框图如图1所示。

其工作原理是退火炉温度Tx经传感器、变送器检测、变换的T(t)值，与温度给定值R(t)比较后,两者的偏差值Et(t)经微机数字控制器D(z)分析、运算，输出相应的控制量，驱动执行机构C，调节流量控制阀阀门C的开启角度，改变混合气的进给量。

流量控制阀C图13、退火炉温度控制系统的方块图退火炉温度控制系统的方块图如图2所示其中：H(s)=1st e s -- 1()1sc Ke G s s θτ-=+ ()1D s =R(t)+-ET(t)ET(z)Uc(z)图24、退火炉温度控制系统的控制算法分析“温度”的表现，可以用纯滞后一阶惯性环节来描述，即1()'()*()*11sc c Ke G s G s D s s θτ-==+式中：Gc(s) ——煤气退火炉的传递函数；D(s) ——比例环节取1；K ——比例系数；θ——纯滞后时间；τ1——时间常数。

课程设计设计题目：退火炉温度控制系统学院：专业：班级：姓名：学号：指导老师：日期：摘要退火炉是金属热处理中的重要设备，它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间，然后让其自然冷却。

其目的在于消除压力容器的整体压力。

提高压力容器的使用寿命。

温度是退火炉的主要被控变量，是保证其产品质量的一个重要因素。

退火炉温度控制的稳定性和控制精度直接影响产品的质量。

本文以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，包括硬件设计与软件设计两部分。

硬件设计包括温度检测模块，按键模块，执行模块，LED显示模块，单片机最小系统。

本设计要求采用电热丝加热，通过A/D转换将采集到的温度数据输入单片机中，与系统给定值比较，从而对退火炉的温度进行控制，通过按键输入控制信号，三位LED显示炉温。

最后设计出最少拍无纹波控制器，通过MATLAB 仿真检验是否有纹波。

目录第1章绪论 (3)1.1设计背景 (3)1.2设计算法 (3)第2章课程设计的方案 (5)2.1概述 (5)2.2系统组成总体结构 (5)第3章硬件设计 (7)3.1单片机最小系统设计 (7)3.1.1单片机选择 (7)3.1.2时钟电路设计 (8)3.1.3复位电路设计 (9)3.2温度检测部分 (10)3.3按键控制电路 (12)3.4LED显示模块 (13)3.5温度控制电路 (14)第4章软件算法...................................................... - 16 -4.1程序框图 (16)4.2算法设计 (17)第5章系统仿真 (20)第6章课程设计总结................................................ - 21 -第1章绪论1.1设计背景退火炉是冶金和机械行业常用的热处理工业设备。

一般说来，退货处理工艺师冶金和机械产品的最后处理工序，它的处理效果将直接影响产品的质量。

基于8031单片机的退火炉温控系统设计1设计目的该课程设计是为了让同学们在学习完《单片机原理及系统设计》后能将课本知识与实际的系统设计和应用能力的相结合的训练环节。

课程设计的任务是使学生通过应用单片机系统设计的基本理论，基本知识与基本技能，掌握单片机应用系统各主要环节的设计调试方法。

2设计任务该设计的原理是利用热电偶来检测退火炉中的炉内温度，经变送器转变成0—+5范围内的电压信号并将其传送给A/D0808转换器转换成相应的数字量，作为8031单片机的采样值，与最初设定的温度值（600℃—900℃）进行比较来确定相应的输出，来表示不同范围内的温度值，进一步采取措施来控制温度。

若低于600℃（温度下限值），则亮低温报警灯（绿色），报警器发出长音报警单片机控制加热电阻进行加热。

若温度高于900℃（温度上限值），则亮高温报警灯（黄色），报警器发出短音报警并且风机开始旋转降温。

若温度值处于正常状态（600℃~900℃)，则既不亮灯，也不响报警器。

3设计方案本方案分四个模块：单片机控制模块、温度采集模块、报警模块、附加模块。

单片机控制模块是由单片机8031、时钟电路、复位电路和外部扩展程序存储器四部分组成的最小系统来实现对退火炉的总体控制。

温度采集模块是由一片ADC0808芯片和一个滑动变阻器构成。

改变滑动变阻器的阻值可采集到其所对应的电压值即为模拟量，ADC0808芯片则将采集到的电压模拟量转换成与其相对应的数字量并且将转换的数字量传到单片机中。

报警模块是由一个高温报警灯、一个低温报警灯和一个报警器构成。

当炉内的温度超出上限时高温报警灯点亮且报警器发出长音报警，当炉内的温度低于下限值时低温报警灯点亮且报警器发出短音报警。

附加模块是由一个风机、一个滑动变阻器、一个加热电阻和一个电压表构成。

当炉内温度过高时风机开始旋转向退火炉内吹冷风来降低炉内的温度，通过调解与风机相连的滑动变阻器的阻值来控制风机的转速实现相对精准的温度控制。

课程设计设计题目：退火炉温度控制系统学院：专业：班级：姓名：学号：指导老师：日期：摘要退火炉是金属热处理中的重要设备，它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间，然后让其自然冷却。

其目的在于消除压力容器的整体压力。

提高压力容器的使用寿命。

温度是退火炉的主要被控变量，是保证其产品质量的一个重要因素。

退火炉温度控制的稳定性和控制精度直接影响产品的质量。

本文以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，包括硬件设计与软件设计两部分。

硬件设计包括温度检测模块，按键模块，执行模块，LED显示模块，单片机最小系统。

本设计要求采用电热丝加热，通过A/D转换将采集到的温度数据输入单片机中，与系统给定值比较，从而对退火炉的温度进行控制，通过按键输入控制信号，三位LED显示炉温。

最后设计出最少拍无纹波控制器，通过MATLAB 仿真检验是否有纹波。

目录第1章绪论 (3)1.1设计背景 (3)1.2设计算法 (3)第2章课程设计的方案 (5)2.1概述 (5)2.2系统组成总体结构 (5)第3章硬件设计 (7)3.1单片机最小系统设计 (7)3.1.1单片机选择 (7)3.1.2时钟电路设计 (8)3.1.3复位电路设计 (9)3.2温度检测部分 (10)3.3按键控制电路 (12)3.4LED显示模块 (13)3.5温度控制电路 (14)第4章软件算法...................................................... - 16 -4.1程序框图 (16)4.2算法设计 (17)第5章系统仿真 (20)第6章课程设计总结................................................ - 21 -第1章绪论1.1设计背景退火炉是冶金和机械行业常用的热处理工业设备。

一般说来，退货处理工艺师冶金和机械产品的最后处理工序，它的处理效果将直接影响产品的质量。

第一章课程设计题目温度控制是工业控制对象中主要的被控对象之一。

本设计被控对象是退火炉，被控参数是炉内温度。

燃料为煤气，通过改变阀门的位置改变煤气的流量，从而改变炉内温度。

炉温由热电偶控制。

通过微机实现闭环控制。

要求研究的内容如下：1.设计退火炉温度控制系统框图，选择各组成元件，参数的设定。

2.设计不同算法的数字控制器对炉温进行闭环控制。

3.设计开关功能，能进行CPU选择、监视定时器复位、EPROM扩展选择开关和手动复位开关等。

4.设计LED键盘/显示板。

能用来选定控制算法；显示、输入或修改参数并显示系统温度值。

设计参数：退火炉温度检测范围是0~1000°C，炉温由热电偶检测元件检测得到。

第二章总体方案2.1 设计背景退火炉是一种新型换热设备。

广泛应用于化工、石油、食品、冶金、机械、轻工、电力、船舶、造纸、矿山、医药、集中供热等工业部门的加热、冷却、冷凝、蒸发等工艺过程中。

由于其本身所具有的许多优点，使其在各行业中的应用越来越广泛。

工业常用退火炉的发热体为电阻丝，常规方式大多采用模拟仪表测量温度，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。

本文提出的退火炉以煤气为燃料，炉温控制系统采用多点棒形镍铬-镍硅热电偶为温度检测元件，利用高性能采样/保持器及A/D转换器以获得较高的测温精度，并采用多路模拟开关对多路温度信号进行选择，利用两片MCS-51系列单片机8031（一主一辅）实现控制算法，按键盘设定值、所测温度值，自动进行温度控制，按程序设定温度曲线升温，并具有键盘输入及LED显示功能。

另外，为提高系统工作的可靠性，本系统采用独特两片单片机（一主一辅），当主单片机出现故障时，自动切换至辅单片机工作状态，用以保证退火炉的正常使用。

采用煤气比例控制阀对煤气流量进行控制，进而控制炉温。