烧结炉温度场的研究与控制系统的设计

发布时间：2020-11-19 15:23

　　目前我国是世界上最大的粉末合金消费与生产国,但目前生产粉末合金的烧结炉主要依赖于进口。因此,我国致力于研究高性能烧结炉及配套的控制系统具有非常重要的应用价值。为了更好的提升烧结炉的性能,本文从温度场的研究与控制系统的设计两部分进行介绍。结合实际工程项目,设计了基于PLC的烧结炉控制系统,在此基础上,进行了嵌入式烧结炉温度控制系统的研究。为此,本课题主要从三方面进行论述。烧结炉温度场仿真;首先介绍了烧结炉的结构以及内部热传导的方式,为了研究烧结炉内动态温度场的分布规律,运用有限元的思想,作为建模研究的理论基础。利用ANSYS软件对烧结炉建立仿真模型,通过改变加热体形状、炉衬结构等建立新的仿真模型进行温度场仿真,模拟出接近真实的温度分布。观察不同结构下烧结炉温度场的变化情况,从而对现实中工业加热石墨体的设计提供有效的优化指导。基于烧结炉控制系统的设计:设计了基于PLC的烧结炉控制系统。控制系统从温度,压力,真空度三方面进行设计。温度方面考虑到炉门、顶面和底面散热的问题,控制系统采用多路温区控制,对各个温区进行单独控制。控制器采用FP93仪表,其具有参数自正定功能,能根据实际温度跟设定温度差值进行常规PID与Fuzzy自整定PID模式的切换,调节电力调整器的加热功率,FP93仪表输出的4-20MA的电流信号作为电力调整器的控制信号;液压系统可以进行两种控制,压力控制和位移控制,压力方面采用压力传感器将采集到的压力信号经过压力变送器传送到PLC中进行闭环PID控制。真空度方面采用抽真空系统和PLC进行控制,抽真空系统是一个两级系统,先进行烧结炉粗抽,加热加压到一定要求后可进行精抽;同时,加入了 MCGS触摸屏,使系统更加趋于完善。嵌入式烧结炉温度控制系统的设计:由于PLC和仪表成本较高,为了提高系统的性价比,设计出更优化的人机界面,对温度控制进行了嵌入式的设计研究。采用ARM Cortex-M3架构的微控制器LPC1788作为主控单元,完成了软件和硬件的设计,嵌入式μC/OS-Ⅱ系统的任务调度机制,以及嵌入式开发环境的构建及底层驱动编写。人机界面使用LCD液晶触摸屏,成功移植了 μC/CUI图形用户开发软件,完成了丰富的人机交互功能。设计的嵌入式烧结炉温度控制系统,达到了预期效果。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TF37;TP273
【部分图文】：

烧结炉,实物,碳毡

2 烧结炉温度场的研究的研究立主要包括炉顶、炉底、炉墙、炉壳以及加墨可耐高温，一般在 2000~2500℃使用，而且其加工容易，价格便宜；炉墙及炉顶分别为电极石墨（或硬质碳毡）、碳毡、钢钢板；隔热层（电极石墨层或硬质碳毡有用于绝缘的氮气层；炉底为莫来石捣打

结构图,烧结炉,结构图,氮气层

烧结炉结构图

模型图,加热体,圆筒式,模型

图 2-3 圆筒式加热体模型Figure 2-3 Cylinder heating model型中，加热元件与各层炉墙的均为圆筒状，在理热辐射是均匀的，炉衬向外的传热也是均匀的，温度场采用结构均匀的圆筒形加热体，石墨加热度场烧结炉三维模型。图 2-4 烧结炉三维模型Figure 2-4 Sintering furnace three-dimensional model
【参考文献】

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1 周伟;;6.8版MCGS组态软件与三菱FX系列PLC设备联接调试的研究[J];科技创新导报;2013年21期

2 吴强;韩震宇;李程;;基于增量式PID算法的无刷直流电机PWM调速研究[J];机电工程技术;2013年03期

3 蔡建平;黄发喜;;烤箱温控器控温方式[J];家电科技;2013年01期

4 张淑蓉;;石墨加热元件在真空炉中的应用研究[J];工业加热;2012年05期

5 薛晴;;嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ在LPC1788上的移植及应用[J];电子设计工程;2012年15期

6 李祖德;;粉末冶金内涵百年演变[J];粉末冶金材料科学与工程;2012年03期

7 李文涛;余福兵;;基于STM32单片机的电阻炉智能温度控制器的设计[J];化工自动化及仪表;2012年01期

8 林海波;王晓曦;刘奭昕;;一种基于增量式数字PID算法的智能温度控制器[J];长春工程学院学报(自然科学版);2011年03期

9 王小增;;基于LPC2103的模糊PID温度控制器设计[J];机械设计与制造;2011年07期

10 李红艳;;基于ARM与μC/OS-Ⅱ的嵌入式信息交互终端设计[J];计算机系统应用;2011年03期

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1 秦岭;工业烧结炉温度场的研究及控制[D];西安理工大学;2017年