工业退火炉多点温度监控系统..docx

摘 要退火炉是金属热处理中的重要设备，其主要工作方式是控制温度。其温度控制的稳定性和控制精度直接影退火炉的工作质量。本系统以AT89C52单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，实现退火炉多点温度信号的采集、运算及控制。本系统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，单片机最小系统。软件设计包括单片机系统程序和PID调节算法。本系统通过按键输入控制信号，用8点温度传感器采集温度，经过变送器转换成4-20mA电流信号，然后经单输入单输出A/D转换器把信号传送给单片机控制系统。本系统采用电热丝加热，通过D/A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，再通过PID调节算法计算多点温度平均值误差从而对退火炉的温度进行控制。 关键词：单片机；温度传感器；D/A转换；PID算法目 录第1章 绪论1第2章 课程设计的方案32.1 概述32.2 系统组成总体结构3第3章 系统硬件设计53.1 系统器件选择53.2 单片机最小系统53.3 按键电路63.4 温度传感器73.5 变送器83.6 A/D转换器83.7 D/A转换器93.8 总体电路图10第4章 软件设计114.1 系统流程图114.2 单片机程序12第5章 实验模拟调试及分析145.1 PID算法145.2 系统仿真趋势图14第6章 课程设计总结17参考文献18绪论 退火炉是冶金和机械行业常用的热处理工业设备。它是一种新型换热设备。退火炉是节能型周期式作业炉，超节能结构，采用纤维结构，节电达到60%。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。一般说来，退货处理工艺是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。因此，对退火炉的基本要求就是根据退火处理工艺曲线，提供准确的升温，保温及降温操作，同时保证颅内各处的温度均匀。在目前实际生产中，退火炉的种类很多，按燃料分有燃油炉、燃气炉、电炉等。电炉按台数计算占80%，燃油炉和燃气炉占20%。退火是金属热处理中的重要工序，它是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却（通常是缓慢冷却，有时是控制冷却）的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善其塑性和韧性，使其化学成分均匀化，并去除其参与应力，或得到预期的物理性能。温度控制是热处理质量控制的重要技术措施，是退火控制的核心。智能温控将大大提高热处理质量，消除认为的不稳定因素，提高温度控制的精确程度，满足特殊材料的热处理要求。现在，退火炉通常采用自动化技术控制温度，对保护生态环境方面也具有重要意义。退火炉的炉温动态特性直接影响产品的质量，生产过程中对钢材的温升曲线有较高的要求，温度过低，达不到退火的预期目的；温度过高将导致过热，甚至过烧。通过对退火炉中生产过程的优化控制和自动工艺管理控制，不但可以缩短生产周期，提高产量和质量，还可以减少人为因素造成的废品率。热处理后产生的废气对自然环境的污染很大，退火炉的燃料如果是欠氧燃烧，燃料燃烧不充分，则会产生大量黑烟，而过氧燃烧又会产生氮氧化合物等有害气体。若通过对燃烧过程进行有效控制，使燃烧在合理的空燃比下运行，则可以极大的减少退火炉对周边环境的污染，对构建科持续发展型社会就有积极的意义。控制温度可以采用PID调节算法计算多点温度平均值误差。PID是工业生产中最常用的一种控制方式，PID调节仪表也是工业控制中最常用的仪表之一，PID 适用于需要进行高精度测量控制的系统，可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数。PID参数自整定控制仪可选择外给定（或阀位）控制功能。可取代伺服放大器直接驱动执行机构（如阀门等）。PID外给定（或阀位）控制仪可自动跟随外部给定值（或阀位反馈值）进行控制输出（模拟量控制输出或继电器正转、反转控制输出）。可实现自动/手动无扰动切换。手动切换至自动时，采用逼近法计算，以实现手动/自动的平稳切换。PID外给定（或阀位）控制仪可同时显示测量信号及阀位反馈信号。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品。其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有大量利用PID控制实现的温度控制的例子。目前世界各国对能源消耗和大气环境的污染越来越重视，而我国既是钢铁大国又是能源大国，提高效率尤其重要。因此研究高性能退火炉温度控制系统具有极为重要的现实意义。课程设计的方案 概述本文提出了一种以工业退火炉作为被控对象，采用8位单片机作为计算机控制核心，通过PID调节算法温度平