电炉温度过程控制系统的研究毕业设计.docx

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电炉温度过程控制系统的研究毕业设计

新疆工业高等专科学校毕业设计

电炉温度过程控制系统的研究

系别：

电气与信息工程系

专业班级：

自动化08-37

（1）班

毕业设计（论文）任务书

一、题目：

电炉温度过程控制系统

二、指导思想和目的：

通过毕业设计，培养学生综合运用所学的知识和技能解决问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解；培养学生调查研究的习惯和工作能力；培养学生建立正确的设计和科学研究的思想，树立实事求是、严肃认真的科学工作态度。

三、设计任务或主要技术指标：

1）额定电压:

380V±10%

2）电源频率:

50HZ±1HZ

3）电源相数：

三相

4）最大控制功率：

12KW

5）最高输出电流：

50A

6）最高输出电压：

不小于370V

7）最高控制温度：

1600℃

8）控制精度：

不大于设定值的±3℃

四、设计进度与要求：

1）：

布置设计任务，深入了解设计内容，阅读参考资料，学习有关内容。

2）：

调研该学校的实际情况，确定信息点数目及分布。

3）：

设计网络拓扑结构。

4）：

根据网络拓扑结构选择设备，估算工程造价。

5）：

根据网络拓扑结构选择设备，估算工程造价。

6）：

修改完善设计方案并绘制必须的图纸草图，编写设计说明书。

7）：

修改、打印设计说明书，画正式图纸。

总结，准备毕业答辩，完成答辩。

五、主要参考书及参考资料：

［1］刘复华.8098单片机及其应用系统设计[M].清华大学出版社,1991.

［2］赵文忠,程启明.微机控制技术[M].北京:

机械工业出版社,1993.

专业班级：

学生：

指导教师：

年月日

教研室主任（签名）：

系（部）主任（签名）：

年月

新疆工业高等专科学校

毕业设计（论文）评定意见书

设计（论文）题目：

电炉温度控制系统的研究

专题：

电炉温度控制系统

设计者：

姓名杨震佳专业电气自动化班级08-37

（1）班

设计时间：

2010年3月5日—2010年6月10日

指导教师：

姓名职称单位

评阅人：

姓名职称单位

评定意见：

评定成绩：

指导教师（签名）：

年月日

评阅人（签名）：

年月日

答辩委员会主任（签名）：

年月日

毕业设计评定意见参考提纲

1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2.设计或论文（说明书）的优缺点，包括：

学生理论水平、独立实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力、勤勉态度等。

3.设计或论文（说明书）中较成功的部分。

4.作毕业设计或论文（说明书）时遇到的困难和问题。

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。

随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。

关键词：

电炉；温度过程控制系统；设计

1过程控制系统的简介

1.1过程控制的基本概念

1.1.1自动控制

在没有人的直接参与下，利用控制装置操纵生产机器、设备或生产过程，使表征其工作状态的物理参数（状态变量）尽可能接近人们的期望值（即设定值）的过程，称为自动控制。

1.1.2过程控制

对生产过程所进行的自动控制，称为过程控制。

也可采用前面的表述方法：

凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。

1.1.3过程控制系统

随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。

在现代工业控制中,过程控制技术是一历史较为久远的分支。

在本世纪30年代就已有应用。

过程控制技术发展至今天,在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。

在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段,它们是：

分散控制阶段,集中控制阶段和集散控制阶段。

几十年来，工业过程控制取得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。

目前，过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统（CIMS）：

以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。

为了实现过程控制，以控制理论和生产要求为依据，采用模拟仪表、数字仪表或微型计算机等构成的控制总体，称为过程控制系统。

1.2过程控制的发展与趋势

从系统结构来看，过程控制已经经历了四个阶段。

1.2.1基地式控制阶段（初级阶段）

20世纪50年代，生产过程自动化主要是凭生产实践经验，局限于一般的控制元件及机电式控制仪器，采用比较笨重的基地式仪表（如自力式温度控制器、就地式液位控制器等），实现生产设备就地分散的局部自动控制。

1.2.2单元组合仪表自动化阶段

20世纪60年代出现了单元组合仪表组成的控制系统，单元组合仪表有电动和气动两大类。

所谓单元组合，就是把自动控制系统仪表按功能分成若干单元，依据实际控制系统结构的需要进行适当的组合。

因此单元组合仪表使用方便、灵活。

单元组合仪表已延续30多年，目前国内还广泛应用。

由单元组合仪表组成的控制系统，其控制策略主要是PID控制和常用的复杂控制系统（如串级、均匀、比值、前馈、分程和选择性控制等）。

1.2.3计算机控制的初级阶段

20世纪70年代出现了计算机控制系统，最初是直接数字控制（DDC）实现集中控制，代替常规的控制仪表。

但由于集中控制的固有缺陷，未能普及与推广就被集散控制系统（DCS）所代替。

DCS在硬件上将控制回路分散化，数据显示、实时监督等功能集中化，有利于安全平稳生产。

就控制策略而言，DCS仍以简单PID控制为主，再加上一些复杂的控制算法，并没有充分发挥计算机的功能和控制水平。

1．3综合自动化阶段

20世纪80年代以后出现二级优化控制，在DCS的基础上实现先进控制和优化控制。

在硬件上采用上位机和DCS（或电动单元组合仪表）相结合，构成二级计算机优化控制。

当前自动控制系统发展的一些主要特点是：

生产装置实施先进控制成为发展主流；过程优化受到普遍关注；传统的DCS正在走向国际统一标准的开放式系统；综合自动化系统（DIPS）是发展方向

综合自动化系统，就是包括生产计划和调度、操作优化、先进控制和基层控制等内容的递阶控制系统，亦称管理控制一体化系统（简称管控一体化系统）。

这类自动化及其网络来实现的，因此也称为计算机集成过程系统（CIPS）。

这里“计算机集成”指出了它的组成特性，“过程系统”指明了它的工作对象，正好与计算机集成制造系统（CIMS）相对应，有人也称为过程工业的CIMS。

可以认为，综合自动化是当代工业自动化为主要潮流。

它以整体优化为目标，以计算机为主要技术工具，以生产过程的管理和控制的自动化为主要内容，将各个自动化“孤岛”综合集成为一个整体的系统。

1.4简单控制系统的结构组成

所谓简单控制系统，通常是指一个测量变送器、一个控制器、一个执行器和一个被控对象所构成的闭环系统，也称为单回路控制系统。

单回路控制系统的结构比较简单，所需的自动化装置数量少，操作维护也比较方便，因此在化工自动化中使用很普遍，这类系统占控制回路的绝大多数。

简单、可靠、经济与保证效果是方案设计的基本准则。

单回路控制系统是复杂控制系统的基础，学会了单回路控制系统的工程分析、设计的处理方法，认识到系统中各个环节对控制质量的影响，并了解系统设计的一般原则后，就可以联系实际，处理其他更复杂的系统设计问题。

单回路过程控制系统的原理结构

如图1-1所示温度控制系统是单回路过程控制系统。

此图为蒸汽换热器的温度控制系统，T表示被加热物料的出口温度，是该控制系统的被控变量。

蒸汽流量是操纵变量。

该控制系统由蒸汽转换器、温度检测元件及温度变送器TT、温度控制器TC和蒸汽流量控制阀组成。

控制的目标是通过改变进入换热器的载热体（蒸汽）的流量，将换热器出口物料的温度维持在工艺规定的数值上。

通过改变蒸汽流量以控制被加热物料的出口温度是工业生产中最为常见的换热器控制方案。

图1-1温度控制系统

如图2-2所示简单控制系统的结构比较简单，所需的自动化装置数量少，投资低，操作维护也比较方便，而且在一般情况下，都能满足控制质量的要求。

因此，简单控制系统在工业生产过程中得到了广泛的应用，生产过程中70%以上的控制系统是简单控制系统。

图2-2简单控制系统方框图

1.5被控变量的选择

被控变量的选择是控制系统设计的核心问题，被控变量选择的正确与否是决定控制系统有无价值的关键。

对于任何一个控制系统，总是希望其能够在稳定生产操作、增加产品产量、提高产品质量、保证生产安全及改善劳动条件等方面发挥作用，如果被控变量选择不当，配备再好的自动化仪表，使用再复杂、先进的控制规律也是无用的，都不能达到预期的控制效果。

另一方面，对于一个具体的生产过程，影响其正常操作的因素往往有很多个，但并非所有的影响因素都有加以自动控制。

所以，设计人员必须深入实际，调查研究，分析工艺，从生产过程对控制系统的要求出发，找出影响生产的关键变量作为被控变量。

根据被控变量与成产过程的关系，可将其分为两种类型的控制型式：

直接参数控制与间接参数控制。

1.5.1选择直接参数作为被控变量

能直接反应生产过称中产品的产量和质量，以及安全运行的参数的称为直接参数。

大多数情况下，被控变量的选择往往是显而易见的。

对于温度、压力、流量、液位为操作指标的生产过程，很明显被控变量就是温度、压力、流量、液位。

1.5.2选择间接参数作为被控变量

质量指标是产品质量的直接反应，因此，选择质量标准作为被控变量应是首先要进行考虑的。

如果工艺上是按质量指标进行操作的，理应以产品质量作为被控变量进行控制，但是，采用质量指标作为被控变量，必然要涉及产品成分或物性参数（如密度、黏度等）的测量问题，这就是需要用到成分分析仪表和物性参数测量仪表。

1.6控制阀的选择

气动薄膜控制阀选用得正确与否是很重要的。

选用控制阀的结构类型时，要根据操纵介质的工艺条件（如温度、压力、流量等）、介质的物理和化学性质（如黏度、腐蚀性、毒性、介质状态型式等）、控制系统的不同要求及安装地点等因素来选取。

1.7控制器正、反作用方式的选择

控制器正、反作用方式的选择原则是：

所选控制器的作用方式，应使控制系统构成闭环负反馈。

为保证构成负反馈的闭环控制系统，必须满足:

控制器、执行器、被控过程三者的作用符号相乘为负。

则控制器正、反作用方式的选择判别式为

（控制器±）×（执行器±）×（被控过程±）=“-”

控制系统投运，就是将系统由手动工作状态切换到自动工作状态。

在系统投运之前必须要进行全面细致的检查和准备工作。

熟悉控制系统的投运次序和步骤，掌握控制系统故障原因的分析法，并能采取切实有效的方法排除系统或仪表故障，是仪表维护、维修人员的基本功。

2电炉温度过程控制系统

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。

KSY型电炉温度控制电流输出为调控型，适用于以硅碳棒（管）加热型电炉。

2.1KSY-12-16（A）电炉温度控制系统

2.1.1用途和适用范围:

KSY-12-16（A）控制器是1300℃电炉的配套