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】：

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

烧结炉结构图

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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本文编号：2890163