热处理工艺课程设计

热处理工艺课程设计

学院：机械工程学院

班级：材料0903

一．温度控制系统

1.设计要求

1）系统应能满足生产要求

除了应达到所给定的要求外，还应符合生产过程的各种工艺要求。

2）可靠性高

过程控制计算机的工作环境比较恶劣，各种干扰严重。为此，在设计时必须必须选用高性能，高可靠性的计算机，把安全可靠放在首位。可靠性高是计算机最重要的一个基本要求。因为计算机一旦出现故障，将造成整个生产的混乱，引起严重后果，特别是对CPU的要求更为严格。

为保证可靠性可采用多CPU组成的多微机控制系统来提高可靠性，目前一般采用双机系统和集散控制系统。

集散控制系统是分级分布式控制，它是多台以微处理器为核心的基本控制器分别控制各个被控制对象，由上一级计算机进行监督处理，这种分散控制系统可使故障对整个系统的影响减至最少。

3）操作性能好

操作性能好表现在两个方面：一是使用方便，二是容易维修。

4）实时性强

过程计算机的实时性表现在对内部和外部事件能够及时地做出响应，不丢失信息，不延误操作。

5）通用性能好

为了适应生产工艺的变更和控制规模，控制功能的扩充，在设计

系统的时候必须考虑它能与上，下机通信以及与后援装置模拟仪表控制台，系统的控制与连接，以便在构成集散控制系统和分级控制系统时，能方便地进行系统扩充。

6）技术先进，经济效益高

系统设计时既要考虑其先进性，又要考虑其性能价格比，要有市场意识。随着计算机技术的迅速发展，应尽量缩短设计周期，并有一定预见性，以保持其先进性，提高社会效益，经济效益，应从提高产品的数量和质量，消耗成本，消除污染环境，改善劳动条件等方面综合考虑。

7）确定系统的整体控制方案

在对生产过程控制进行详细调研的基础上，应充分了解控制要求，控制规模，各种工艺参数，限制条件，操作系统及其他控制要求。在工程人员和现场控制人员的密切配合下，研究和确定控制系统的初步方案：是集中型控制还是分散型控制，是闭环控制还是开环控制，是数据处理类还是控制调节类。而后选定的计算机，外部设备，过程通道机控制操作台。画出控制系统的初步组成图，初步估算一下成本已验证其经济性。

2）微处理器的选择

应注意以下几点原则：

（1）字长

（2）寻址范围和寻址方式

（3）内部寄存器的种类和数量

（4）指令种类和数量

（5）微处理器的速度

（6）中断处理能力

3）建立生产过程和数学模型

数学模型在以下几个方面具有作用：

（1）生产过程的仿真

（2）异常工况下的状态

（3）控制系统的设计

4）确定控制模型及控制方法

根据生产过程的数学模型和确定的控制指标，可确定控制结构和控制规律，进而推导出计算方法。计算机控制就是使计算机按照算法进行的控制。因此，在确定控制算法时应考虑以下问题。

5）计算机控制系统的总体设计

总体设计的任务是凝定控制目标和控制策略的总体方案，包括：计算机控制系统的总体构成及软件，硬件的配置，硬件的选择等。设计出总体方案，总体框图，以便指导以后的软件和硬件工作。

6）软硬件的设计

根据设计方案，提出对各个硬件的具体要求和实现方法。硬件包括主机系统，接口电路设计，过程通道设计，电源系统，操作控制台以及控制装置的结构的设计等。软件设计系统是根

据总体设计方案设计各种应用程序，应满足相应的设计规则。二．温度程序控制仪设计

1.设计要求

（1）实现n段可编程调节。有恒速升温段、保温段、和恒速降温段三种控温线段。

（2）具有四路模拟量输入。

（3）具有一路模拟量输出(o-10mA）和多路开关量输出，能按时间程序自动改变输出状态，以实现系统的动作，或者用作系统工作状态的显示。

（4）采用PID调节规律，具有输出限幅和防积分饱和功能，以改善系统动态调节品质。

（5）采用6位LED显示，2位显示参数类型，4位显示数值。

（6）输入、输出通道和主机都用光电耦合器进行隔离，使仪表具有较强的抗干扰能力。

（7）可在线设置或修改参数和状态。

2.系统组成和工作原理

加热炉控制系统的控制对象为电炉、检测元件为热电偶，执行器为电压调整器和可控硅器件。

控制系统工作过程如下：炉内温度由热电偶测量，其信号经多路开关送入放大器，毫伏信号放大后由A/D电路转换成相应的数字量，再通过光电耦合器隔离，进入主机电路。由

主机进行数据处理、判断分析，并对偏差按OID规律运算后输出数字控制量。数字信号经光电隔离，由D/A电路转换成模拟量，再通过V/I转换器得到o-10mA的直流电流。该电流送入电压调整器（ZK-1)。触发可控硅，对炉温进行调节，使其按预定的升降曲线规律变化。另一方面，主机电路还输出开关量信号、发出相应的开关动作，以驱动继电器或发光二极管。

3.硬件结构和电路设计

（1）主机电路及键盘、显示器接口

按仪表设计要求，可选用指令功能丰富、中断能力强的MCS-51单片机作为主机电路的核心器件。

主机电路包括单片机及外接存储器、I/O接口电路。数据存储器容量为2K（选用一片6116）。并行I/O接口电路的选用与输入输出通道、键盘、显示器的结构和电路形式有关。

图1是7279并行扩展I/O口构成的键盘显示接口电路，作为本例的键盘显示接口电路，图2是单片机与6116的硬件连接，作为本例的数据存储器的扩展电路，二图结合成为主机电路及键盘、显示器接口。

7279是单片机具有串行接口、可同时驱动8位共阴式数码管的智能显示驱动芯片，该芯片同时可连接64键的键盘矩阵，一片即可完成LED显示及键盘接口的全部功能。

单片机中虽然已经集成了CPU、I/O口、定时器、中断