畢業(yè)設(shè)計 開題報告范本-

本科畢業(yè)設(shè)計開題報告智能熱處理爐控制系統(tǒng)的研制學(xué)號材料科學(xué)與工程學(xué)院材料成型及控制工程085班學(xué)生姓名所在院(系)專業(yè)班級指導(dǎo)教師■2012年3月7日一.

選題的目的及研究意義

熱處理是將金屬或合金在固態(tài)范圍內(nèi)，通過加熱,保溫,冷卻的有機(jī)配合，使金屬或者合金改變內(nèi)部組織而得到所需要的性能的操作工藝。它是現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)，冶金工業(yè)中提高產(chǎn)品質(zhì)量和延長機(jī)器零件使用壽命所不可缺少的一環(huán)。

熱處理對機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的重要作用已為國內(nèi)外工程界公認(rèn)。近年，美國能源部主持制定的熱處理

技術(shù)發(fā)展路線圖的出臺就是其重要性的例證。汽

車、航空、電力工業(yè)對其產(chǎn)品和零部件提出了更

高的質(zhì)量、質(zhì)量均勻性和延壽要求，從而對熱處

理技術(shù)和設(shè)備也提出更大挑戰(zhàn)。從熱處理生產(chǎn)用

戶角度，希望熱處理設(shè)備能更便宜，使用更長時

間，可靠性更高，故障率更低，廢品率接近于零，工輔材料更省，從而能充分降低生產(chǎn)成本，保證

高的利潤率。

近代物理冶金理論幾乎可以洞悉金屬及合金在熱處理過程中的組織、性能、化學(xué)成分，甚至原子狀態(tài)的瞬息萬變，從而可以利用精確靈敏的傳感控制系統(tǒng)對熱處理工件質(zhì)量進(jìn)行精確的在線控制，從而做到100%的合格率。在規(guī)模

化生產(chǎn)條件下，采用生產(chǎn)過程自動化、質(zhì)量在線信息化、工藝參數(shù)與質(zhì)量效果的模擬，以及自適應(yīng)控制的熱處理設(shè)備和生產(chǎn)線，可以最大限度地提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)無人作業(yè)，完全消除影響質(zhì)量的人為因素，保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和重現(xiàn)性。

設(shè)備頻繁發(fā)生故障會造成生產(chǎn)的經(jīng)常停頓維修，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。增加廢品率，降低質(zhì)量，提高成本，降低企業(yè)信譽(yù)。設(shè)備可靠性低的主要原因在于機(jī)電零配件、測試儀表、傳感器、筑爐材料、控制元器件的質(zhì)量。結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、加工制造的精心程度，以及停電、停水時的自行保護(hù)功能也很重要。近代熱處理設(shè)備都具備故障自診斷系統(tǒng)，許多廠家也都設(shè)有設(shè)備的遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題或發(fā)生技術(shù)疑難都可以直接及時地對用戶解答和服務(wù)。設(shè)備可靠性高低是本土制造業(yè)趕超國際先進(jìn)水平的重要目標(biāo)。

由于目前我國使用的熱處理爐大多比較陳舊，仍然沿用指針式記錄筆畫溫度曲線，不易查閱，不能進(jìn)行實時的控制。因此自動化程度低，人為因素影響比較大，質(zhì)量不穩(wěn)定。但老式的熱處理爐爐體質(zhì)量穩(wěn)定，優(yōu)質(zhì)。

本研究課題目標(biāo)就是解決以往老式熱處理爐溫度波動甚至震蕩從而無法穩(wěn)定，影響熱處理效果的問題；解決傳統(tǒng)的手工或半機(jī)械化記錄溫度的缺陷，研發(fā)高度自動化可在線控制質(zhì)量、故障自診斷和遠(yuǎn)程服務(wù)功能的設(shè)備。二.綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等研究現(xiàn)狀：目前全國范圍內(nèi)都在致力于熱處理爐智能控制系統(tǒng)的研究，其中研究最多的是

熱處理爐智能模糊系統(tǒng)的研究與設(shè)計。原理,

即通過智能控制系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)顯示，爐溫控制等。讓電阻爐嚴(yán)格按照預(yù)先輸入的溫

度曲線來進(jìn)行變化，要求具有掉電保護(hù)功能。

未來一段時期熱處理爐技術(shù)內(nèi)容將更加集中在3E熱處理，即追求高效率，環(huán)境保護(hù)和低能耗的熱處理設(shè)備。微機(jī)和可編程序控制器的發(fā)展加速了熱處理自動化，并有與其它工序組成全自動熱處理線的趨勢。除了熱處理爐的自動化發(fā)展趨勢以外，越來越人性化的遠(yuǎn)程服務(wù)體系已被眾多企業(yè)所采納。在線專家系統(tǒng)服務(wù)能更加方便的為各大企業(yè)解決生產(chǎn)問題。

發(fā)展趨勢：隨著社會的信息化水平的不斷提高，全球的裝備制造業(yè)發(fā)展必將朝著智能和低碳的方向發(fā)展，熱處理爐的控制也必會變得更加智能。本次畢業(yè)設(shè)計所探究的智能熱處理控制系統(tǒng)，將會更加精確的使熱處理爐按照預(yù)先輸入的函數(shù)溫度曲線進(jìn)行處理。

(1)系統(tǒng)的溫控方案更加合理，跟蹤性能更好，穩(wěn)態(tài)精度高，超調(diào)量小。

(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。工作可靠性較高，系統(tǒng)控制功能強(qiáng)，控制效果好。

(3)控制算法先進(jìn)，具有自學(xué)習(xí)功能，系統(tǒng)控制參數(shù)可自動趨于最優(yōu)。(4)人機(jī)界面友好，操作人員操作方便。

研究方法：熱處理系統(tǒng)最重要的因素就是讓爐溫按照設(shè)定的溫度曲線進(jìn)行操作，由于工件的形狀，大小，材料的不同，爐子的具體情況不同，工件的堆放排列不同，因此在熱處理過程當(dāng)中應(yīng)該保證合適的加熱速度，最高加熱溫度，保溫時間和冷卻速度。故從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)來看，熱處理的質(zhì)量即為溫度和時間的函數(shù)。

本次畢業(yè)設(shè)計所探究的智能熱處理爐控制系統(tǒng)將采用熱電偶，計算機(jī)，控制軟件等集成的溫控裝置完成對熱處理加熱爐的溫度采集，分析處理，最后反饋調(diào)節(jié)使熱處理爐的溫度按照預(yù)先輸入的質(zhì)量函數(shù)曲線進(jìn)行變化。下面即為某加熱爐溫度曲線圖

1 某加熱爐溫度曲線

應(yīng)用領(lǐng)域；智能熱處理爐控制系統(tǒng)將廣泛應(yīng)用于鑄造，鍛造，工程熱處理等工業(yè)領(lǐng)域。機(jī)械制造加工，金屬材料的熱處理離不開各種電爐，而材料的處理性能與溫控曲線密切相關(guān)。但傳統(tǒng)的熱處理爐很難保證溫控曲線的正確性。智能熱處理爐控制系統(tǒng)將對爐膛的溫度，溫度時間變化，及試驗時間進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，使?fàn)t溫嚴(yán)格按給定的溫控曲線變化，從而保證材料的熱處理質(zhì)量。

另外針對我院已經(jīng)使用多年的老式熱處理爐，充分利用這些熱處理爐可靠而笨重的爐體元件，使這個平臺能做更復(fù)雜的數(shù)據(jù)挖掘工作，使設(shè)備可以處理的工藝和材料更廣泛；智能提高熱處理爐的使用壽命。三.對本課題將要解決的主要問題及解決問題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術(shù)路線）或設(shè)計（實驗）方案進(jìn)行說明

原理及研究方法：主要通過智能熱處理爐控制系統(tǒng)中的可編程控制器完成對熱處理爐爐膛各個

典型位置的溫度采集，分析和處理，最終通過系

統(tǒng)的相關(guān)程序（PLC可編程控制器）按照控制系

統(tǒng)中預(yù)先輸入的溫度時間函數(shù)曲線進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，使熱處理爐溫度按照預(yù)先設(shè)定的溫控曲線變化。

如下圖所示圖2熱處理爐加熱控制系統(tǒng)原理圖

加熱在雙向可控程序控制下改變爐膛內(nèi)溫度，測量元件通過溫度變送器，光耦隔離器，不斷將爐內(nèi)溫度變化值傳送給FX—4AD,并轉(zhuǎn)換給PLC作為反饋信號。運(yùn)用PID指令，將給定的溫控曲線與測溫元件反饋信號進(jìn)行PID運(yùn)算后，輸出控制信號經(jīng)FX—2DA轉(zhuǎn)換成模擬量，通過光耦離合器，過零觸發(fā)器作為SCR的調(diào)工信號，進(jìn)而控制爐膛的溫度變化

溫控曲線的控制：以可鍛鑄鐵的石墨化退火溫控曲線為例，說明PLC控制基本原理，如下圖示為可鍛鑄鐵的石墨化退火溫控曲線■

為了實現(xiàn)溫控曲線與預(yù)先設(shè)定的函數(shù)質(zhì)量曲線的一致性，PLC編程設(shè)置目標(biāo)值，采樣值，采樣時間，采樣偏差，溫控時間段，溫控曲線當(dāng)前值并確定正反不同方向的PID運(yùn)算，不斷輸出控制信號調(diào)整爐溫變化來精確逼近曲線。實驗方案：通過控制系統(tǒng)的軟件和硬件的綜合應(yīng)用，完成對熱處理爐的溫度采集，分析，再由控制系統(tǒng)輸出控制信號使熱處理按預(yù)先輸入的函數(shù)質(zhì)量曲線進(jìn)行變化，進(jìn)而實現(xiàn)熱處理爐的溫度智能控制。系統(tǒng)總體方案如下圖所示：■具體操作如下：

1）首先使用熱電偶多點(diǎn)測量加熱爐的溫度，經(jīng)過信號調(diào)理電路將采集的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合數(shù)字系統(tǒng)處理的電信號，輸入控制系統(tǒng)。

2）由單片機(jī)和計算機(jī)等設(shè)備組成的控制系統(tǒng)對熱電偶采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷。

3）在計算機(jī)預(yù)先輸入的質(zhì)量函數(shù)曲線調(diào)控下，控制系統(tǒng)輸出相應(yīng)的溫度控制命令。通過單片機(jī)等負(fù)反饋調(diào)節(jié)，從而完成控制系統(tǒng)對熱處理爐的測溫，控溫功能。

通過加裝智能熱處理控制系統(tǒng)，很多老式的熱處理爐也可以相應(yīng)的實現(xiàn)對爐膛溫度的自動化控制，這不僅有效利用

了資源，節(jié)省了大量資金，同時也極大地提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。四 檢索與本課題有關(guān)參考文獻(xiàn)資料的簡要說明

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