1、论文概述了智能温度控制的发展与现状，介绍了虚拟仪器的发展及其突出特点。详细地论述了系统的设计与实现方法，其中包括数据采集、数据处理、数字滤波等功能模块的设计与实现。关键词：虚拟仪器；PID 控制器；自整定Resistance Furnace Temperature Control SystemBased on Virtual InstrumentAbstractResistance furnace was widely used in industrial production, whose effect of the temperature controlproductivity and p
2、roduct quality, thus astructure, easy to implement, effective to control;it alsoindustrial process control, in particular to establish a precise mathematical model, and industrial process control is still widely used. However, the industrys Resistance furnace with temperature control of nonlinear, l
3、arge inertia, the characteristics of large time delay, it is difficult to establish its precise mathematical model of conventional PID control , thus it is difficult to achieve good control effect; In this paper, we use incremental PID control algorithm for auto-tuning parameters.As product of combi
4、nation of the computer technology and modern equipment technology,it make a revolutionary breakthrough from traditional test and measurement methods pared with traditional instruments, virtual instrument this paper, the virtual instrument and intelligent temperature control is combined, we use LabVI
5、EW to develop a set of self-tuning PID control algorithm of the temperature control system. Paper provides an overview of the development of intelligent temperature control and the status , describes the development of virtual instrumentation and its salient features. Detailing the system design and
6、 implementation, including data acquisition, data processing, digital filtering and other functions of the Design and Implementation of modules.Keywords: virtual instrument; PID controller; self-tuning目录摘要IAbstractII第一章 引言11.1 本课题的背景及意义11.2 论文研究的主要内容31.3 文研究的重点和难点3第二章 虚拟仪器及应用简介42.1 虚拟仪器的概念42.2 虚拟仪器的
7、特点52.3 虚拟仪器的组成52.4 虚拟仪器的开发平台LabVIEW62.5 LabVIEW 的程序构成82.6 虚拟仪器与传统仪器的比较82.7 虚拟仪器的应用9第三章温度传感器的分类及温度信号的检测133.1 炉温度特性及其对象建模133.2 温度传感器的选用143.3 炉热电偶测温173.4 偶测温误差分析18第四章 PID 控制算法简介204.1 PID 控制和智能控制的介绍204.2 数字 PID 控制算式234.3 数字 PID 控制算式的改进264.4 增量式 PID 控制器的程序流程图30第五章电阻炉温度控制系统的硬件设计325.1 控制系统的功能及结构325.2 数据采集卡
8、335.3 系统设计原则35第六章 电阻炉温度控制系统的软件设计366.1 软件模块化设计方法概述366.2 电阻炉温度控制系统软件总体设计376.3 密码验证模块376.4 数据采集模块386.4.1 AD 和 DA 转换386.4.2 数据采集396.5 信号处理模块406.6 PID 控制器模块42第七章 系统调试44参考文献47附录 A：49附录 B：52致谢53第一章 引言1.1 本课题的背景及意义随着工业的发展，对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。在钢铁、机械、石油化工、电力、工业炉窑等工业生产中，温度是极为普遍又极为重要的热
9、工参数之一，随着工业过程对控温精度要求的提高，测温范围也随之变广，因此温度控制技术的研究是一个重要的研究课题。在工业电炉控制中温度的控制是十分重要的“温控过程要严格按照事先设定的温度曲线运行，如果意外掉电导致加热终止或控温精度低，都会导致工业加热的失败”，因此研究以工业电阻炉为控制对象，以智能仪表为控制工具的温控系统具有一定的实际应用价 值。随着计算机、通讯技术在工业自动化系统的广泛应用，工业仪表的功能越来越强大， 在高新技术的推动下，作为工业主要技术工具的控制仪表正跨入真正的数字化、智能化、网络化时代。不仅各类测控设备是数字化的，而且可通过网络将分散的控制装置和各类智能仪表连接起来，实现工业
10、生产过程的集散监控管理。电阻炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，开关炉门、加热材料、环境温度以及电网电压等都影响控制过程，传统的电阻炉控制系统大多建立在一定的数学模型基础上，对被控对象中的非线性、时变性及随机干扰无能为力。电阻炉是热处理生产中应用最广的加热设备，这样加热时均温过程的测量与控制就成为关键性的技术。首先，控温精度要高。其次，当生产环境发生变化而影响到控温精度时，要有合适的手段进行调整以达到精度要求。而且，为了方便进行工艺的研究，需要能保存温度数据。最后，根据生产中的实际情况，电热烧结和控制设备要求操作方便，易于维护，成本较低等等。电阻炉是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或熔
11、化工件物料的热加工设备。电阻炉和火焰比，热效率高，可达 50%80%，热工制度容易控制，劳动条件好，炉体寿命长，适用于要求较严的工件的加热，但耗电费用高。按传热方式，电阻炉分为辐射式电阻炉和对流式电阻炉。辐射式电阻炉以辐射传热为主，对流传热作用较小； 对流式电阻炉以对流传热为主，通常称为空气循环电阻炉，靠热空气进行加热，炉温多低于 650。按电热产生方式，电阻炉分为直接加热和间接加热两种。在直接加热电阻炉中，电流直接通过物料，因电热功率集中在物料本身，所以物料加热很快，适用于要求快速加热的工艺，例如锻造坯料的加热。这种电阻炉可以把物料加热到很高的温度，例如碳素材料石墨化电炉，能把物料加热到超过
12、 2500。直接加热电阻炉可作成真空电阻加热炉或保护气体电阻加热炉，在粉末冶金中，常用于烧结钨、钽、铌等制品。采用这种炉子加热时应注意： （1）物料加热均匀，要求物料各部位的导电截面和电导率一致；（2）由于物料自身电阻相当小，为达到所需的电热功率，工作电流相当大，因此送电电极和物料接触要好，以免起电弧烧损物料，而且送电母线的电阻要小，以减少电路损失；（3）在供交流电时，要合理配置短网，以免感抗过大而使功率因数过低。大部分电阻炉是间接加热电阻炉，其中装有专门用来实现电-热转变的电阻体,称为电热体，由它把热能传给炉中物料。最常用的电热体是铁铬铝电热体、镍铬电热体、碳化硅棒和二硅化钼棒。根据需要，炉
13、内气氛可以是普通气氛、保护气氛或真空。一般电源电压 220 伏或 380 伏，必要时配置可调节电压的中间变压器。小型炉（ 10 千瓦）单相供电， 大型炉三相供电。对于品种单一、批料量大的物料，宜采用连续式炉加热。炉温低于700的电阻炉,多数装置鼓风机，以强化炉内传热，保证均匀加热。用于熔化易熔金属（铅、铅铋合金、铝和镁及其合金等）的电阻炉，可做成坩埚炉；或做成有熔池的反射炉，在炉顶上装设电热体。常用的温度控制方法有：电接点温度表温度控制、位式温度显示调节仪温度控制、PID 连续电流输出温度显示调节仪表温度控制、PID 连续电压输出温度显示调节仪表温度控制。这些温度控制方法大都是在工业生产现场安装温度控制仪表，通过提前设定温度控制的上下限值或 PID 控制参数，然后再将控制仪表投入使用，进行各种预定的控制。但若被控对象发生变化，难于实时的调整控制参数，不能满足实时控制的要求，而且温度变化曲线的记录不易实现。总之，我国的电阻炉的控制设备的现状不容乐观，它主要有以下特点：一小部分比较先进的设备和大部分比较落后的设备并存。由于我国改革开放的发展，国内引进和生产了少量的比较先进的控制设备，但是，整体上，我国的电阻炉控制系统比国外发达国家要落后四、五十年，占主导地位的是模拟仪表控制，这种系统的控制参数由人工选择，需要配置专门的仪表调试人员，费时、费力
