基于单片机热风炉燃料流量-温度串级控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.研究的目的和意义：在我国，热风炉作为热动力机械已于20世纪70年代末开始被广泛应用，它在许多行业已成为电热源和传统蒸汽动力热源的换代产品。顾名思义热风炉就是为工艺需要提供热气流的集燃烧与传热过程于一体的热工设备，一般有两个大的类型,即间歇式工作的蓄热式热风炉和连续换热式热风炉。在高温陶瓷换热装置尚不成熟的当今，间歇式工作的蓄热式热风炉仍然是热风炉的主流产品。蓄热式热风炉为了持续提供热风最起码必须有两座热风炉交替进行工作。热风炉被广泛应用在工业生产的诸多领域，因工艺要求不同、燃料种类不同、热风介质不同而派生出不同用途与不同结构的热风炉。这里要介绍的是为高炉冶炼提供高温热风的热风炉，且都是蓄热室热风炉，因其间歇式的工作方式，必须多台配合以实现向高炉连续提供高风温。此外，利用热风炉废气的热量来预热热风炉的煤气或助燃空气也是有效地节约炼铁能耗的措施之一。目前它的应用范围十分广泛如：化工和制药行业化学制品、化工产品和药品的制备和干燥；涂装行业车辆、集装箱、家电等工业产品的烘烤漆，喷粉固化等；；纺织印染和无纺布行业热定型、焙烘等；铸造行业型砂和砂芯烘干；磨具、磨料行业砂布和砂轮烘干；建材行业木材干燥、人造板和石膏板烘干等；农产品、饲料及食品的干燥；供暖工程及焊接材料行业焊条、焊剂烘干等。

而本课题设计的是如何使炉温保持恒定从达到节约燃料，而只有利用热风作为介质或载体才能更大地提高热利用率和工作效率。

2.国内外发展现状：目前国内高温热风炉主要有两类：一是用燃油燃气直接作热源，但是燃料贵，运行费用高，增加了干燥成本。二是用燃煤作热源，虽然燃料费用降下来了，但也存在着热效率低、使用寿命短、体积庞大等问题。

2. 研究的基本内容与方案

设计任务：

首先要了解热风炉的基本结构及其特征，然后设计一个基于单片机控制的是炉温恒定的串级控制系统。

主要内容：

（1）了解热风炉的结构组成及特征；

（2）建立燃料流量--温度串级控制系统模型，分析系统的最佳工作条件（主、副回路，主、副被控变量，主、副控制器等）；

（3）构建实验测试平台，对理论结果进行实验验证。

技术方案：

（1）串级控制系统的设计：选择温度为主被控变量，流量为副被控变量。在有流量的干扰下使得热风炉温度恒定。

系统有两个闭合回路，形成内外环。主变量是工艺要求控制的变量，副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量。主、副调节器是串联工作的，主调节器的输出作为副调节器的给定值。

进入副回路的干扰首先影响炉膛温度，副变送器提前测出，副控制器立即开始控制，控制过程大为缩短。对进入主回路的干扰，虽然副变送器不能提前测出，但副回路的闭环负反馈，使对象炉膛部分特性的时间常数大为缩短，则主控制器的控制通道被缩短，控制效果也得到改善。

(2)单片机的设计：控制器部分主要由单片机完成，选择51单片机，单片机系统是整个控制系统的核心，单片机可以提供控制系统所需的I/O口、中断、定时及存放中间结果的RAM电路；前向通道是信息采集通道，主要包括传感器、信号放大、A/D转化的电路；由于炉温变化是一个相对缓慢的过程，因此前向通道中没有使用采用保持电路。可以通过C语言编程来达到其智能化并可以简单控制温度从而调整和控制系统。

键盘设定：用于设定温度；

数据采集：将由传感器及相关电路采集到的温度转化为电压信号，经A/D转换后，送入到单片机的相应接口中，换算成温度值，用于控制和显示；

数据显示：采用共阴极数码管LED进行设置温度计显示温度。

由于单片机控制是一种采样控制，系统中的PID调节控制可通过数值近似计算。

（3）最终在本次设计中可以运用各类仿真软件进行系统的误差的测算进而改进系统，然后在实现其对流量--温度的控制达到炉温恒定的要求。

3. 研究计划与安排

第1周：明确设计任务；第2-3周：查阅并翻译外文文献，完成开题报告；第4-5周：系统总体设计方案的论证与确定第6-8周：系统配置硬件选型，主电路及控制电路的设计

第9-11周：系统软件设计第12-14周：完成系统调试与试验结果分析第15周：撰写论文，提交论文初稿第16周：修改和完善论文，准备答辩

第17周：答辩

4. 参考文献（12篇以上）

（1）陈庚，方琴，彭显平，栾道成；热风炉高风温技术的探讨[j]；中国有色冶金；2012年06期

（2）杨俊,杜涛,蔡九菊,董辉;国外热风炉发展综述[j]；沈阳工程学院学报(自然科学版)；2005年04期