1、毕业论文开题报告 电气工程及其自动化 基于单片机的电加热炉温度控制系统的设计 一、课题研究意义及现状 在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，广泛使用着加热炉、热处理炉、反应炉等，炉子温度控制是工业对象中一个主要的被控参数。 过去曾使用常规 PID 控制或继电 -接触器控制，自动化程度低，动态控制精度差，满足不了日益发展的工艺技术要求。 由于电热锅炉控制存在较大难度 ,经研究和实验提出了电加热锅炉的循环投切和分段模糊控制的控制模式，较好地解决了电加热锅炉控制的理论和实际问题。 国内电加热炉控制有四个 发展阶段： 第一阶段：手动控制、温度仪表显示 第二阶段：顺序控制器或 PLC 程控器
2、 ，温度仪表参与控制 第三阶段：全 PLC 控制 第四阶段：专用电脑控制 用电加热锅炉专用电脑取代通用的 PLC，更取代温控表。它具有全 PLC 控制的全部优点，并克服了全 PLC 控制的全部缺点，可产品化，成本低，易与各种电热锅炉配套，配备最先进和成熟的控制程序，现场参数可由一般操作人员在现场进行设置和解决。因此电加热锅炉专用电脑控制器已被广泛采用。 电功率输出的元件分为有机械触点和无机械触点两大类。前者是交流接触器，后者是可控硅，交流接触 器只能用作有级功率调节，优点是主回路完全电气隔离，耐过流和过压能力较强、自身耗电小、发热量也小、价格较低，缺点是有机械动作噪声，触点寿命较短。可控硅可以
3、用作无级功率调节，也可用于有级功率调节，优点是无机械动作噪声，触点寿命较长，缺点是主回路不能完全关断，过电流和过电压能力差，自身耗电较大，需要强制散热，价格较高。 本系统使用可控硅为输出的元件。 二、课题研究的主要内容和预期目标 采用自动控制原理和单片机技术，对 PID 算法和单片机控制功能进行 研究和设计，由可控硅元件来实现温度控制电路。 了解当前国内外电加热炉 的研究与其产品市场；熟悉单片机技术， PID 算法，可控硅元件等，为将来从事电子产品控制研发、制造及经营等方面工作打下基础。 毕业设计的具体内容 ： （ 1） 研究和设计使用 MCS-51 单片机控制功能。 （ 2） 设计完成智能
4、PID 控制算法的系统。 （ 3） 设计完成 双向可控硅管和加热丝串联 的 温度控制系统硬件原理框图。 预期目标： 在给定周期内，单片机只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。 电器 设备的 技术要求： （ 1） 电源输入 220V 20V， 30A； （ 2） 单片机能改变接通时间； （ 3） 控制温度需要精确； 三、课题研究的方法及措施 本课题重点研究单片机的控制功能与可控硅元件的使用。 利用单片机、温度传感器、加热丝和 A/D转换芯片来实现的控制系统，使用可控硅为输出元件的优点 是无机械动作噪声，触点寿命较长。本课题的关键问题是研究和解决 控制过程中的不确定性
5、、不精确性、噪音以及非线性、时变形和时滞性等影响，实现炉温的精确控制。 温度控制系统检测时，被测炉温经热电偶测量后转换成电压信号，经变送器转换，将检测信号送到 A/D 转换器进行模拟 /数字信号转换，转换后的数字量经 I/O 接口读入 CPU，在 CPU 中经数据处理后，一方面送到显示屏上显示，并 判断是否报警；另一方面通过过零触发电路驱动双向可控硅进行控温。 数据采集电路检测到的温度信号 (经 A/D 转换为数字量 )，送给 CPU 后经过 PID 运算，得到相应的控制量用来调节电阻炉加热功率的大小，这是本系统的一个重要环节。功率控制电路采用双向可控硅过零检测电路来实现。采用双向可控硅的过零
6、检测与过零触发方式调功非常方便，并可使硬件电路大为简化。 四、课题研究进度计划 毕业设计期限：自 2010 年 11 月 1 至 2010年 1月 21日。 2010 年 11 月 1 日至 2010 年 11 月 8 日 :明确任务，查找资料，确定 系统总体设计方案； 2010 年 11 月 8 日至 2010 年 11 月 26 日 :写文献综述，外文翻译； 2010 年 11 月 26 日至 2010 年 12 月 3 日：完成开题报告，准备开题答辩； 2010 年 12 月 4 日至 2010 年 1 月 21 日：完成设计与写论文； 2010 年 2月 22 日至 2010年 4月
7、1 日：设计作品完善和论文修改，准备答辩，答辩资格审查。 五、参考文献 1 黄颖，杜润生 . 基于智能数字 PID 算法的温度控制系统 .控制系统 J 2004. 33 36. 2 梁新荣，吴智铭 . 电加热炉温度单片机控制系统 的研制 .电气传动 J 2000. 22 21. 3 张开生 , 郭国法 . 单片机温度控制系统的设计 .微计算机信息 J.2005， 21(7): 35 36. 4 李林静基于单片机的炉温系统 .通用机械 J 2004， (1)： 14 16. 5 李光飞单片机课程设计实例指导 M北京：北京航空航天大学出版社 2004 6 胡寿松 . 自动控制原理 M. 北京：科学
8、出版社 .2008. 7 刘金琨 . 先进 PID 控制 MATLAB 仿真 M. 北京：电子工业出版社 .2004.9. 8 高金源，夏洁 .计算机控制系统 M.北京：清华大学出版社 .2007.1. 9 孙传友，孙晓斌 .测控系统原理与设计 M北京：北京航空航天大学出版社 .2007. 10霍罡，曹辉 .可编程序控制器模拟量及 PID 算法应用案例 M北京：高等教育 出版社 .2008.3. 11Katsuhiko Ogata 著 . 卢伯英译 .现代控制工程 M.2003. 12Huailin Shu,Youguo Pi. Decoupled Temperature Control System Based on PID Neual Network.2005.12.
