PDF《试谈 电阻炉温度控制 系统 的改进》

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Ne w Te c h n o l o g y 试谈 电阻炉温度控制系统的改进 吴胜利张国战.

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1 . 焦作市森格高新材料有限责任公 司. 河南焦作

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0 3 ;

2 . 焦作市森格 高新材料有 限责任公司 , 河南 焦作

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0 3) Ta l k i ng a b o u t t h e i mpr o v e me n t o f t he t e mp e r a t u r e c o n t r o l s y s t e m o f r e s i s t a nc e f u r n a c e 【 摘要】 在科学技术飞速发展的今天, 我国电阻炉温度控制 设 备的现状 况依然堪 忧.本文主要研 究的是 电阻炉的温度控 制问 题 ,要 实现对 电阻炉的温度控 制 ,就必须 了解电阻炉的特性 ,炉温 控 制的基 本原理 ,有关温度控制 的设计 ,以实现对 电阻炉温度的精 确控 制 ,满足热处理 工艺对温度 的控制精度和控制规律 的需要 . 【 关键 字 】电阻炉;

温度控制 ;

设计 ;

【A b s t r a c t】 t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f s c i e n c e a n d te c h n o l o g y o f o u r c o u n t r y t o d a y , t he r es i s t a n c e f u r n a c e te m p e r a t u re c o n t r o l e q u i p me n t c u r re n t s i t u a t i o n i s s ti l l w o r r y i n g . T h i s p a p e r ma i nl y s t u di e s t h e r e s i s t a n c e f u r n a c e te m p e r a t u re c o n t r o l p r o bl e m s , i n o r d e r t o r e al i z e t h e re s i s t a n c e f ur n a c e t e m p e r a t u r e c o n t r o l , i t i s n e c e s s a ry t o u n d e r s r a n d t h e r e s i s t a n c e f u r n a c e t e m D e r at u r e c o n t r o l c h a r a c t e r i s t i c s ,t h e b as i c p ri n c i p l e ,t h e t e m p e r at u r e c o n t r o l de s i g n , t o a c h i e ve t h e p r e ci s e c o n t r o l o f t h e r e s i s t a n c e f u r n a c e t e m p e r a t u re , m e e t t h e h e a t t r e a t m e nt P r o c e s s o f t h e t e m p e r a t u re c o n t r o

1 p r e c i s i o n a n d c o n t r o l l a w n e e d t o . 【 K e y w o r d s 】 r e s i s t a n c e f u r n a c e:t e m p e r a t u r e c o n t r o l : d e s i g n 随着社会经济和科学的迅速发展, 越来越多的技术工艺都用于制 造加工当中, 其 中热处理工艺越来越多的被用于加工过程,在热处理 工艺中应用最多的就是电阻炉, 但现阶段我国电阻炉温度控制设备的 状况是很少一部分 比较先进的设备和绝大多数比较落后设备并存 . 其 中仪表控制占据主导地位 , 其控制精度不高, 且在一定程度上依赖人 工调试, P I D调节是 目前技术最成熟的、 应用最广泛的一种控制方法 , 但仍不能满足复杂的工作状况, 给质量和工作效益带来 了很大的负面 影响.因此对电阻炉温度控制系统 的改进尤为重要. 目前有很多关于电阻炉温度控制系统改进的设计 , 本文介绍一 种新型的控制方法 ,通 过它来 说明炉温控制 的改进 ,这种方法结合 上下机位,设计出来的对温度 实时监控 的系统 ,即集散式热处理 电 阻炉温度控制系统 .其核心是使用 一台计算 机监控多台热处理炉, 实现集散型的炉温 控制效果.

1 系统工作原理 这种控制方法 是由一台上位机工作站 、打 印机 、R S 一485接 口、 以及多台下位机 ( 从机 ) 组成.为了实现分散性控制 、集 中式管理 即 集散式控制的 目标 ,系统将P C机 与多台单片机 ( 从机) 共 同组成集 散式智能温度控制系统 . 操作人 员可在P C上位 机上进行 操作 ,通过P C机 的图形显示 屏 ,进行对整个系统及下位机 的监控 ,上位机对 下位机 发出控制命 令 ,同时下位机想上位机报备数据,上位机对数 据再做 出适 当的处 理 ,通过这种沟通模式,实现 了分散控制和集 中管理 的最佳效果 . 下位机主要包括主C P U部分、输入通道、输 出通道、键盘和显 示部分.他们主要 的工作是完成对温度 的检测 、显示 、计算、输送 以及与上位机之间的联系,且每 一个 下位机在 自身的工作模式下 , 能够通过使用面板上面的键盘进 行工 艺参数 的设置 , 工艺曲线 的完 善等操作 ,而在远程工作模式下 ,下位机无论是设置工艺参数还是 操作工艺运行 的状态和 情况都完全受控于P c上位机 ,在控温 的整 个过程 中,系统将会在显示屏上 以图形的形式表示工 艺曲线 ,且描 绘 当前 的实际温度和运行状况,人机 处于十分有好 的合作状态 . 上位机利用 串行接 口与各个下位机之 间相互通信 ,进行 各种参 数和命令的发送与接收 ,在下位机运行过程中,上位 机收到下位机

2 8 I华东科技 发送的工艺参数,同时对工艺数据进行记录与保存 ,显示工艺曲线 和反映下位 机的工作状况 ,这样提供 了分析控温工艺 的有效手段 , 同时上位机 通过发送 和读 写命令对下位机 实现远程监控 . 2温度控制原理 系统中每台下位机都是独立 的温度控制 系统, 这种温度控制系 统的原理框 架图如下图所示 . 此控制 系统为一封 闭环 . 系统 的输 出量Y经采样放大 电路 、 模 数转换电路转变为数字量Y ,与设定温度R进行 比较,得到温差e= R ― Y .把e送入控制器, 运用 控制算法 ,求 出控制量u ,输 出通道 将控制量转 换为开 关量 ,控制继 电器的动作 ,从而控制 加热 阀开 关时间的长短,使温度达 到设定 的数值 .

3 系统技术指标 整个控制 系统最终达 到的技术指 标是在系 统中的各个环 节共 同作用下完成 的.每一个环节都 是不 容忽视 的 ,在一般 的情况下, 技术指标达到某个 限度后, 即使 要提 高一点点都是非常不容易 的, 为此可能要付出多达 几倍 的时间和经费 . 经 分析温度控制 系统 的实 际应用, 得到该系统精确 的技术指标如下 : 从机数量 :小于2 O 测温范 围:0 ―

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0 0摄 氏度 测温误差 :上下浮动不超过0 .

4 摄 氏度 控 温误差 :上下浮动 不超过3摄氏度 通讯距离 : 小于1

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0 米4系统下位机硬件设计 系统中的各下位机 需要 完成温度 的收集 、 数据 的处理 、 保存及 显示、控制输 出、与上位机互相通信等功能 . 其硬 件电路主要 设计 了主C P U模块、输入通道 、输出通道 、键盘、显 示和串行 通信等 几 个模块. 下位机 以8

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5 2 单片机为工作核 心.一方面,单片机把实 时温 度测定值与原本设 定的期望温度 值进 行 比较分析,得 出偏差信 号, 然后根 据设定及 时切断或连通 加热设备, 从而使温度准 确的控 制 在设定值上 .避免发生不必要的差错.另一方面单片机 把测定得到 的相 关数据送去液 晶显示接 口显示,并判 断是否有报警 提醒 的需 要.与此 同时单片机又把测定得到的有关数据,通过通 信接 口传输 给上位机 ,上位机则会进 行显示、分析和 处理 .

5 下位机软件设计 下位机软件功能 :(1 ) 定时采集 电阻炉 内部 的温度值 ;

(2 ) 可 通过 串行接 口 给上 位机 发送运行参数 ;

(3 ) 接收上位机发送 的P I D 参数,计算控制输 出,精确控制 电阻炉内温度 :(4 ) 显示器显示实 测及理论温度 ;

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5 ) 本地工作模式下, 由下位机完成工艺参数的设 置;

(6 ) 远程工作模式下,按接收到的上位机 命令进 行工作 . 工作模 块是下 位机的核心 部分,其 中控制算法 部分应用 了纯 滞后补偿 的增量式P I D 实现温度控制,P I D 的三个 参数 都是 由上位 机在 线整定 ,下位机在控 制和检测温 度的 同时向上位机 实时发送 工 艺数据, 以保证上位机能够实时记录和分析. 在远程工作模式下, 软件 采用查 询的方式访 问串行接 口, 按照上位机 发送 的各种 有效 的命令来运行操作 .由于系统采用集散式控制, 由上位机分别联络 各下位机 , 因而各下位机每接收到上位机发送来 的命令都要首先判 断出是否是 发给 自己的命令,如果 是则可 以作 出相应 的处理,若不是则将信 息清 除,不予理会 .远程工作模式下下位机 的本地键盘 起 不到任何 作用, 各 工艺数据 的设 置与修改 由上位 机发送 , 保存并 由上位机发送控制命令 . ( 下转第2

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Ne w Te c h n o l o g y 计算机技术在林业机械方面 的应用研究 孔宁(东北林业大学 ,1

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0 0 1) 【 摘要】从计算机技术在木材干燥以及原木形状识别仿真中 的应 用分别进行 了分析 , 探讨了计算机技 术在林业机械 系统 中的应 用.【关键词 】 计算机技术;

林业机械;

机械系统 1计算机技术在木材干燥中的应 用1.1木材干燥设备 中应用计算机技术的必要性 我们将木材 中所包含 的化学 、 非化学 的结合水分称作为木材的 含水 率.其高低 是衡量木材可加工性能的一个重要指标,同时还是 对木材 的防腐 以及加 固处理 的一个重要影响因素.木材 中含水率的 高低对木材 的胀缩 、密度、电学、导热性 以及力学性能等都有直接 影响.传统的木材干燥防腐 主要包括 :常规蒸汽 干燥法 、炉气热风 干燥 法、 太阳能干燥法 、 除湿干燥 、 真 空干燥 以及远红外干燥法等 . 由于木材干燥涉及到木材学 、热工学 、机械 电子工程 、自动控 制以及仪表 学等多门学科 . 在现代信息技术和微 电子技术的不断发 展之 下,这些传统的方法在利用 的过程 中发生 了较大的变化,干燥 过程 的 自动化控制成 为了发展的必然趋势 . 我 国当前很多的木材干 燥 窑还是采 用手动或者是 半 自动的控制方式,其干燥效率低 ,对能 源的浪费较 为严重 . 随着我国木材加工工业 的不断发展, 加工工艺对木材干燥质量 提出了更高的要求 .在这个过程中,如何通过高效、高质的方式来 对木 材进行干燥是 决定 目次啊 品质好坏的关键环节.在干燥的过程 中,由于需要对干燥窑 内的温度、湿度 、木材的实际含水量 、木材 的材 型以及干燥窑 内热风 的循环速度等进行精确控制,这样才能保 证木材干燥之后的质 量. 而计算机技 术在精确控制方面具有 明显 的 优势,尤其是在远程设备的控制与维护 、监控 以及故障诊 断等方面 具有 日益明显的优 势.而当前大部分 的木材干燥企业所采用的干燥 系统依然是…个控制柜控制 一个干燥窑 的~ 对应方式 , 不能有效 的解 决所面对 的干燥 系统大 型化趋势 的要求 . 而是用计算机技术额 可以实现对 干燥环境 的实 时控制和检测 , 通过远程计算机来实现对 干燥窑的临场控制,对干燥窑中的湿 度、温度 、 木材的含水率 以及 木材材型进行检测 ,然后实时的改变加热 设备 、风机 以及 电池 阀等 设备来达到设定值 .一旦异常情况发生时,还可 以通过 网络信息传 递等方式直接发出警告信 息,控制中心可 以进行及 时的远程应急处 理.1.2计算机技术在木材干燥设备 中的应用 计算机技术在 木材干燥 设备 中的应用较多 , 这 里就一种较 为常 见的木材干燥设备作为例 子进行 分析 .该设备通 过数值模拟 的技术 奖木材 中的含水率进行拟合,得到一个变 化的曲线,消除了传统 的 用线性方法拟合得到 曲线的误差,能够相对准确 的反映出木材 中的 含水率及其变化,实现 了对含水率检测的精确化.同时 ,在该设备 中,由于采用 了探针技术,可 以对木材 内部中不同深度 的含水率进 行实施测量,能够准确的反映出木材 的含 水梯度检测 ,便 于在干燥 的过程 中实现对不 同过程就温 度和风量 等干燥 因素进行实 时控 制 和处理 ,条 了干燥的 目的性 .这些技术的应用不但提高了木材干燥 的质量 ,同时还提高 了干燥 的速度 . 还有一种 L K型木材干燥系统,该系统是基于远程电子智能控 制系统而研制成功的 ,其主要特点在于:其一 ,该系统在干燥 过程 中可 以对湿度进行精确控制, 控制精度可 以达到― ―干球温度为 ±

1 ℃ 、湿球温度为 ±O .

5 ℃,完全符合木材干燥工 艺的相关要求 ;

其二,该系统所采用的单元集成方法对 于设备的安装 、调校以及维修 等工作有积极作用,能够提高操作的效率;

其三 ,采用常规的继电 器控制 电路斡能够有 效的将指示 灯信号 与执 行器动作 信号相互分 离开来,可 以实现简单 的人工监控;

其四, 整 个系统 具有 一组电源 开关 ,可 以分别对控制 电路的相关控 制单元进行分别供电,实现互 不干扰的供 电控制,实现 良好的维修性与可调试性,同时还便于根 据需要将设备投入或退出运 行状态 :其五,该设备系统实现了电子 智能控制单元的报警功能,同时还可 以对时间单元的工作区间进行 控制,在保温和保湿阶段能够对单元的工作状 态进行控制 ,通过设 置时间 比例来确定周期性的人工控制 , 减少了 由于控制对 象的热惰 性而导致较大的波动 . 2计算机技术在原木识别仿真 中的应用 原木作为人造板材、家具 以及建筑行业 的主要原材料 ,在生产 和生活 中得到 了广泛的应用.而我国当前的木材缺 口依然较 大,长 期处于一个供不应求的状态.因此,有效的提供啊木材的利用率成 为 了木 材生产单位 在加工过程 中达到缓解木 材供需 矛盾 以及提 高 生产效益的一个有效方式.在进行原木加工的过程 中,由于各个 不 同原木 的大、小头 以及体积等方面都具有较大的差别,且每一根原 木之间 的外部轮廓也不 同.其复杂的几何形状对原木的加工和下锯 造成 了较大的 困难 .这时,精确的识别原木 的外围形状 ,通过具体 的仿真来给木材分类、下锯的优化提供基础条件和依据,这对于提 高木材 的利用率具有重要意义. 仿真系统 由于采用的是接触式的测量方 式, 而从传感器中获得 的数据 点都是那些处于二维或者是三维坐标当中的 , 因此额........