毕业设计 开题报告范本-

本科毕业设计开题报告智能热处理炉控制系统的研制学号材料科学与工程学院材料成型及控制工程085班学生姓名所在院(系)专业班级指导教师■2012年3月7日一.

选题的目的及研究意义

热处理是将金属或合金在固态范围内，通过加热,保温,冷却的有机配合，使金属或者合金改变内部组织而得到所需要的性能的操作工艺。它是现代机械工业，冶金工业中提高产品质量和延长机器零件使用寿命所不可缺少的一环。

热处理对机械产品质量的重要作用已为国内外工程界公认。近年，美国能源部主持制定的热处理

技术发展路线图的出台就是其重要性的例证。汽

车、航空、电力工业对其产品和零部件提出了更

高的质量、质量均匀性和延寿要求，从而对热处

理技术和设备也提出更大挑战。从热处理生产用

户角度，希望热处理设备能更便宜，使用更长时

间，可靠性更高，故障率更低，废品率接近于零，工辅材料更省，从而能充分降低生产成本，保证

高的利润率。

近代物理冶金理论几乎可以洞悉金属及合金在热处理过程中的组织、性能、化学成分，甚至原子状态的瞬息万变，从而可以利用精确灵敏的传感控制系统对热处理工件质量进行精确的在线控制，从而做到100%的合格率。在规模

化生产条件下，采用生产过程自动化、质量在线信息化、工艺参数与质量效果的模拟，以及自适应控制的热处理设备和生产线，可以最大限度地提高生产效率，实现无人作业，完全消除影响质量的人为因素，保证产品质量的一致性和重现性。

设备频繁发生故障会造成生产的经常停顿维修，严重影响生产效率。增加废品率，降低质量，提高成本，降低企业信誉。设备可靠性低的主要原因在于机电零配件、测试仪表、传感器、筑炉材料、控制元器件的质量。结构设计的合理性、加工制造的精心程度，以及停电、停水时的自行保护功能也很重要。近代热处理设备都具备故障自诊断系统，许多厂家也都设有设备的远程服务系统，一旦设备出现问题或发生技术疑难都可以直接及时地对用户解答和服务。设备可靠性高低是本土制造业赶超国际先进水平的重要目标。

由于目前我国使用的热处理炉大多比较陈旧，仍然沿用指针式记录笔画温度曲线，不易查阅，不能进行实时的控制。因此自动化程度低，人为因素影响比较大，质量不稳定。但老式的热处理炉炉体质量稳定，优质。

本研究课题目标就是解决以往老式热处理炉温度波动甚至震荡从而无法稳定，影响热处理效果的问题；解决传统的手工或半机械化记录温度的缺陷，研发高度自动化可在线控制质量、故障自诊断和远程服务功能的设备。二.综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等研究现状：目前全国范围内都在致力于热处理炉智能控制系统的研究，其中研究最多的是

热处理炉智能模糊系统的研究与设计。原理,

即通过智能控制系统完成数据采集，数据显示，炉温控制等。让电阻炉严格按照预先输入的温

度曲线来进行变化，要求具有掉电保护功能。

未来一段时期热处理炉技术内容将更加集中在3E热处理，即追求高效率，环境保护和低能耗的热处理设备。微机和可编程序控制器的发展加速了热处理自动化，并有与其它工序组成全自动热处理线的趋势。除了热处理炉的自动化发展趋势以外，越来越人性化的远程服务体系已被众多企业所采纳。在线专家系统服务能更加方便的为各大企业解决生产问题。

发展趋势：随着社会的信息化水平的不断提高，全球的装备制造业发展必将朝着智能和低碳的方向发展，热处理炉的控制也必会变得更加智能。本次毕业设计所探究的智能热处理控制系统，将会更加精确的使热处理炉按照预先输入的函数温度曲线进行处理。

(1)系统的温控方案更加合理，跟踪性能更好，稳态精度高，超调量小。

(2)系统结构简单，易于实现。工作可靠性较高，系统控制功能强，控制效果好。

(3)控制算法先进，具有自学习功能，系统控制参数可自动趋于最优。(4)人机界面友好，操作人员操作方便。

研究方法：热处理系统最重要的因素就是让炉温按照设定的温度曲线进行操作，由于工件的形状，大小，材料的不同，炉子的具体情况不同，工件的堆放排列不同，因此在热处理过程当中应该保证合适的加热速度，最高加热温度，保温时间和冷却速度。故从数学的观点来看，热处理的质量即为温度和时间的函数。

本次毕业设计所探究的智能热处理炉控制系统将采用热电偶，计算机，控制软件等集成的温控装置完成对热处理加热炉的温度采集，分析处理，最后反馈调节使热处理炉的温度按照预先输入的质量函数曲线进行变化。下面即为某加热炉温度曲线图

1 某加热炉温度曲线

应用领域；智能热处理炉控制系统将广泛应用于铸造，锻造，工程热处理等工业领域。机械制造加工，金属材料的热处理离不开各种电炉，而材料的处理性能与温控曲线密切相关。但传统的热处理炉很难保证温控曲线的正确性。智能热处理炉控制系统将对炉膛的温度，温度时间变化，及试验时间进行调节与控制，使炉温严格按给定的温控曲线变化，从而保证材料的热处理质量。

另外针对我院已经使用多年的老式热处理炉，充分利用这些热处理炉可靠而笨重的炉体元件，使这个平台能做更复杂的数据挖掘工作，使设备可以处理的工艺和材料更广泛；智能提高热处理炉的使用寿命。三.对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明

原理及研究方法：主要通过智能热处理炉控制系统中的可编程控制器完成对热处理炉炉膛各个

典型位置的温度采集，分析和处理，最终通过系

统的相关程序（PLC可编程控制器）按照控制系

统中预先输入的温度时间函数曲线进行反馈调节，使热处理炉温度按照预先设定的温控曲线变化。

如下图所示图2热处理炉加热控制系统原理图

加热在双向可控程序控制下改变炉膛内温度，测量元件通过温度变送器，光耦隔离器，不断将炉内温度变化值传送给FX—4AD,并转换给PLC作为反馈信号。运用PID指令，将给定的温控曲线与测温元件反馈信号进行PID运算后，输出控制信号经FX—2DA转换成模拟量，通过光耦离合器，过零触发器作为SCR的调工信号，进而控制炉膛的温度变化

温控曲线的控制：以可锻铸铁的石墨化退火温控曲线为例，说明PLC控制基本原理，如下图示为可锻铸铁的石墨化退火温控曲线■

为了实现温控曲线与预先设定的函数质量曲线的一致性，PLC编程设置目标值，采样值，采样时间，采样偏差，温控时间段，温控曲线当前值并确定正反不同方向的PID运算，不断输出控制信号调整炉温变化来精确逼近曲线。实验方案：通过控制系统的软件和硬件的综合应用，完成对热处理炉的温度采集，分析，再由控制系统输出控制信号使热处理按预先输入的函数质量曲线进行变化，进而实现热处理炉的温度智能控制。系统总体方案如下图所示：■具体操作如下：

1）首先使用热电偶多点测量加热炉的温度，经过信号调理电路将采集的温度数据转变为适合数字系统处理的电信号，输入控制系统。

2）由单片机和计算机等设备组成的控制系统对热电偶采集到的温度数据进行分析，判断。

3）在计算机预先输入的质量函数曲线调控下，控制系统输出相应的温度控制命令。通过单片机等负反馈调节，从而完成控制系统对热处理炉的测温，控温功能。

通过加装智能热处理控制系统，很多老式的热处理炉也可以相应的实现对炉膛温度的自动化控制，这不仅有效利用

了资源，节省了大量资金，同时也极大地提高了生产效率，保证了产品质量。四 检索与本课题有关参考文献资料的简要说明

[1]高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例[M].北京.人民邮电出版社,2004.[2]黄永红.可编程控制原理及应用[M].北京.机械工业出版社,2003.

[3]张万忠，周渊深.可编程控制器应用技术[M].北京.化学工业出版社,2001.[4]张能武.热处理工入门[M].安徽科学技术出版社.

[5]湖南邵阳汽车保养厂热处理问答编写小组.热处理问答[M].机械工业出版社.[6]吴光英，吴光治.新型热处理电炉[A].北京;国防工业出版社,1993.

[7]中国热处理行业协会，当代热处理技术与工业装备精品集[C]北京.机械工业出版社.

[8]李国栋，江新中，陆志平.PLC可编程控制器在热处理控制系统中的应用[J].

[9]FX系列特殊功能模块用户手册[Z].Mitsubishi

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