1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1、课题研究背景及其意义

随着社会的发展，温度控制系统在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等领域中都有着极为重要的作用。各个领域对温度控系统的精度、稳定性等的要求也越来越高。[1]为了生产的安全，高效率与自动化，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制等等。因此一个低成本且拥有高精度，高稳定性的温度控制系统对工业生产有着极其重要的意义。对加热炉温度的控制就是一个典型的温度控制系统。相比于以油、气等作为热源的传统加热炉，电加热炉以其无污染、操作方便、自动化程度高、节省基建投资等诸多优点在冶金、机械、食品、化工等行业有着广泛应用。[2]

然而加热炉温度过程受多种随机因素干扰，具有大惯性、纯滞后、非线性以及时变等特点，建模困难。[3]传统pid控制方式对于这种被控对象无能为力,难以适应多变的加热炉工况， 而且由于参数难以确定，使得pid 控制器不能总是处于最佳状态，炉温控制效果不够理想。pid 控制是控制领域产生最早，应用最广的一种控制方法。[4]具不完全统计，不论是工业过程控制还是航空航天控制领域，pid 控制早已经上了经典教科书，然而由于其原理简单和应用效果，人们仍然不断研究其各种设计方法和未来发展潜力。模糊控制在只能控制领域由于理论研究比较成熟，实现相对比较简单，适应面宽而得到广泛的应用。在现代工业控制应用中，模糊控制都充当着重要的角色。本课题研究的就是基于plc控制电加热炉温度的方法设计，采用全新的智能控制算法以解决pid控制所不能解决的问题，这种智能控制与传统pid调节相结合的智能控制算法将成为加热炉的研究热点。[5]

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

解决问题：本课题主要是设计基于PLC的电加热炉温度控制系统

研究手段：主要通过对炉温的测量值与设定值的比较实现控制的目的。加热炉温度控制实现过程是:首先传感器将加热炉的温度转化为电压信号,PLC主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化为PLC可识别的数字量,然后PLC将系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行处理,给移相触发模块,再给三相整流电路（SCR）一个触发脉冲（既控制脉冲）,这样通过SCR的输出我们控制了加热炉电阻丝两端的电压,也既加热炉温度控制得到实现。其中PLC主控系统为加热炉温度控制系统的核心部分起重要作用。

PLC 和组态软件的加热炉温度控制系统。

（1）工艺简介

本设计要求系统的基本功能为：上位机部分可方便、直观、实时地监控炉温，有报警功能，可方便、自由地设定各时间段的温度，对不正常的工作情况有记忆功能；下位机部分通过控制固态继电器的导通时间来实现整个温控过程。

（2）硬件结构

下位机采用功能强大、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器S7-200 smart PLC 实现各加热炉温度、压力等参数的采集和控制。SIMATIC PLC 是由中央处理单元(CPU)，信号模块(SM)接口模块(IM)等部分组成的严密高速的程序控制器。本系统所采用PLC 的具有大程序容量和存储单位。另外集成的485 接口的CPU可实现适时数据采集，数据再通过上位机程序处理。

（3）软件结构

编程软件具有可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。这里拟采用STEP-7编程软件进行编程。

组态软件可以从可编程控制器、各种数据采集卡等设备中实时采集数据；发出控制命令并监控系统运行是否正常的一种软件。组态软件能充分利用Windows 强大的图形编辑功能，以动画方式显示监控设备的运行状态，方便地构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表、历史数据库等，为监控软件开发提供了便利的软件开发平台，从整体上提高了软件的质量。拟选用MCGS组态软件进行组态。MCGS 组态软件可实现各种满足要求的仿真界面，能快捷地开发组建高效的控制系统。MCGS 软件安装在上位机，上位机部分可以方便、直观、实时地监控炉温，有报警功能、可方便、自由地设定各段时间的温度，随时查询历史数据，还可以对不正常的工作情况有记忆功能。MCGS 允许用户开发自己的自定义控件并挂接到MCGS 的设备管理窗口中。