加热炉课程设计

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第一章前言

1.1 意义及研究背景

在工业中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中温度控制也也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对环境中的温度进行控制。在石油工业中，加热炉尤为重要，加热炉应用非常明显。而对加热炉进行温度控制在整个工艺生产中的重要性尤为突出。

加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。

1.2 目前国内外发展状况

电热炉温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。电阻炉温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对电阻炉温度控制精度要求的不断提高，电阻炉温度控制系统的控制技术得到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于PLC的温度控制系统，基于工控机(IPC)的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。

21世纪是高度信息化时代，智能检测和控制已成为新的发展趋势，它不仅能完成较高层次信号的自动化检测，而且具有多种智能控制作用。所以，单片机在检测和控制系统中得到广泛的应用，在本文中主要采用的控制芯片为MCS-51,此芯片功能强大，能够满足设计要求。同时从系统的硬件和软件两方面介绍了MCS-51单片机温度控制系统的设计，对硬件原理和程序框图做了简洁的描述。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对电阻炉温度的控制和调节功能。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊1.3 本系统主要研究内容及要求

利用微机控制系统完成加热炉温度的检测、处理以及数字控制计算，根据数据结果或进行相应的处理或改变加热功率，达到控制温度的目的。

控制要求：1．现场温度值可处理。

2．温度范围为400-1000C。

3．系统有必要的保护盒报警

4. 温度值要有显示

5. 误差范围±3C

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第2章总体方案设计

2.1 方案论证

随着单片机、工业控制机、可编程控制器等先进控制系统的发展，逐步取代了以前大规模的继电器，模拟式仪表。单片机也因其极高的性价比而受到人们的重视和关注，获得广泛地应用。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。它的软件编程比较简单，广大工程技术人员通过学习单片机的知识后，就能根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，并可获得较高的经济小姨。正因为如此，在我国单片机已被广泛的应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、家用电器等各个方面。它将成为智能仪器和中、小型控制系统中应用最多的一种微型计算机。

本文以MCS-51系列单片机为核心，对电加热炉进行智能控制，控制器采用PID控制算法，但是对于那些结构复杂，参数时变或者根本褥不到数学模型的被控对象来说，PID控制优势还不如有经验作者手工控制效果好，而近年来得到广泛应用的PID控制技术在这方面提供了解题方法。事实上，PID控制，是有误差和误差的变化来决定控制输出量。PID控制结合了人的思维和经验，是一种用机器语言实现的同时有模拟人的思维进行判断推理来控制被控对象的智能方法。它具有高度的非线性。这样是目标系统达到非常好的控制效果，同时与其它控制方式进行比较具有过度过程短控制及时系统节能等优点。因此控制效果比较一般的控制系要好得多。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊2.2 方案设计

本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成。

系统硬件结构框图如下：

图2.2 系统硬件结构框图

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第3章系统硬件设计

3.1 简述部分

3.1.1 AT89C51简介

硬件的设计和实现3.1 AT89C51系列基本组成及特性AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

图3.1AT89C51

管脚管脚说明：

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL 门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于

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P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE 只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器

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XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

3.1.2 晶振电路

晶振电路晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定，允许不同的电压，但无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。如下图18口接单片机的XTAL2口，19口接单片机的XTAL1口。

图3.1.2晶振电路

3.1.3 复位电路

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复位电路当AT89C51的RST引脚加高电平复位信号时，单片机内部就执行复位操纵。复位信号变低电平时，单片机开始执行程序。本设计选用上电与按键均有效的复位，电路如下图3.1.3

图3.1.3复位电路

上图输出接单片机的RST引脚。上电瞬间RST获得高电平，随着电容C1的充电，RST引脚的高电平讲逐渐下降。RST引脚的高电平只要能保持足够的时间，单片机就可以进入复位操作。

3.2 温度检测及变送电路

温度检测电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不角儿缺少的一部分。本系统要求对加热炉内温度进行实时采集与检测，在充分保证安全的情况下对代加工器件进行热处理。

根据要求，本系统的温度检查电路主要有传感器、运算放大器及A/D 转换器组成。经固定周期对加热炉内温度进行检测，实现加热功能，并是系统安全稳定。

1.温度传感器的选择

由于本次设计的加热炉温度范围为400--1000℃，加热温度高，而本系统对加热炉温度控制精度的要求为±3℃，为满足设计要求选用K型热电偶温度传感器，其具体参数如下：

名称：镍鉻—镍硅型号：WRN 分度号：B 测温范围：0--1300℃允许偏差±3％℃偶丝直径1.2--2.5mm

此热电偶温度传感器是工业最常用温度检测元件之一。其优点是：（1）检测精度高。因温度传感器热电偶直接与被检查对象接触，不受中间介质的影响。

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（2）测量范围广。此热电偶温度传感器从400℃~1000℃均可测量。

（3）构造简单，使用方便。此热电偶是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

此K型热电偶温度传感器的测温基本原理是：将两种不同的材料的导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶温度传感器就是利用这一效应来工作的。

由于热电偶温度传感器的材料一般都比较贵重，而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把温度传感器热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶温度传感器补偿导线的作用只起延伸热电极，是温度传感器热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需要用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

在使用热电偶温度传感器补偿导线时必须注意型号相配。极性不能接错。补偿导线与温度传感器热电偶连接端的温度不能超过100℃。

2. 温度窗器信号转换设备的选择

由于温度传感器测量的温度信号为模拟信号，且测量信号比较微弱，因此必须要对此温度信号进行处理。处理过程为：首先要把温度信号经运算放大器进行放大，然后用A/D转换器八方的后的模拟信号转换为数字信号输入单片机。因此要进行温度的检测，温度传感器信号转换设备必不可少。

3.热电偶传感器及其原理

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊热电偶温度检测原理图如下：

图3.2温度检测原理图

4.热电偶作为温度信号检测传感器，经过温度补偿，再经过桥式电路抑制工模干扰。最后经过两级放大器，将热电偶输出的毫伏信号放大为可输入A\D转换的模拟量信号。

3.3 A/D模数转换电路

ADC0809是一个典型的逐次逼近型8位A/D转换器。它由8路模拟开关、8位A/D转换器、三态输出锁存器及地址锁存译码器等组成。它允许8路模拟量分时输入，转换后的数字量输出是三态的（总线型输出），可以直接与单片机数据总线连接。ADC0809采用+5V电源供电，外接工作时钟。当典型工作时钟为500KHz时，转换时间约为128us.

1. 时钟信号：由于ADC0809无片选端，因此电路增加了或非门74LS02，以便对ADC0809进行读/写控制。单片机采用6MHz/s 的晶振，ALE输出66MHz/s时钟信号，经74LS74触发器2分频，得到500KHz的时钟信号，与ADC0809的时钟端CLK相连。

2. 通道选择：三位通道选择端ADDA、ADDB、ADDC与数据线P1口的低三位P2.0、P2.1、P2.2相连，用数据线进行通道选择，由P2.0、P2.1、P2.2三位决定选择那一通道。

3. ADC0809启动：ADC0809的启动端START、地址所存端ALE 均为高电平有效。将START和ALE连在一起，与74LS02的输出端相连。或非门74LS02的两个输入端/WR和P2.3均为低电平时，其

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊输出为高电平，执行外部I/O口的写操作。

4. 转换数据的读取：当转换结束时，EOC端输出高电平。可用查询和中断的方法进行数据读取处理。输出允许OE端为高电平，8位转换数据D0~D7输出到数据线上。只有P2.3和/ RD同时为低电平时，OE端才为高电平。执行外部I/O口读操作/ RD为低电平。

5. 转换结束标志EOC:转换结束标志EOC端经反向器与单片机的/INT1相连，即转换一旦结束，外部中断1则申请中断。

图3.3 A/D模数转换电路

3.4 控制电路

本系统的另一个重要环节为温度的控制，通过选择合理的加热原件，温度控制原件及其它辅助原件，对加热炉的温度进行控制，从而实现加热炉的加热功能。

1 加热原件的选择

本次设计的加热炉为电阻炉，因此采用高性能的加热电阻作为加热原件。根据加热炉的加热范围（400°C——1000°C）及加热最高温度（1023.75°C），本系统选用的加热电阻为：铁鉻铝高点组电热合金。其具体参数如下：

型号：GB/T1234-1995 材料：25AL5 常温电阻：1.42

功率：300——180000W 最高耐温1400 规格1mm

铁鉻铝高电阻电热合金具有电阻率高、电阻温度系数小、使用温

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2 固态继电器

固态继电器（Solid State Relay,缩写SSR），是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。

固态继电器由三部分组成：输入电路，隔离（耦合）和输出电路。（1）输入电路

按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种

（2）隔离（耦合）

固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种

（3）输出电路

SSR的功率开关直接接入电源与负载端，实现对负载电源的通断切换。主要使用有大功率晶体三极管（开关管-Transistor），单向可控硅（Thyristor或SCR），双向可控硅（Triac），功率场效应管（MOSFET），绝缘栅型双极晶体管（IGBT）。

图3.4温度控制电路

单片机P3.0口线输出驱动信号，经反相器后输入固态继电器。单片机输出为高电平时，固态继电器的主触点打开，电源为热阻丝供电，开始加热。当单片机P3.0口线输出为高电平时，固态继电器主触点断开，系统加热停止。

3.5 键盘显示电路

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3.5.1 键盘电路

键盘是向系统提供操作人员干预命令及数据的接口设备，键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种类型。本系统采用的是只管，简单的独立式非编码按键。

独立式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每个独立式按键单独占有一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。通常的按键都是低电平有效。

独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口线浪费较大，故在按键数量不多时常采用这种按键电路，由于我所做的设计按键数量少，因此可以选用此按键结构。具体键盘电路图如下图

3.5.1

图3.51 键盘电路

3.5.2 LED显示电路

1. 数码管的结构：LED显示器（数码管）系发光器件的一种。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊常用的LED发光器件有两类：数码管和点阵。

数码管内部由七个条形发光二级管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管的两岸组合成字符。常见数码管有10根管脚。管脚排列如下图所示。其中COM为公共端，根据内部发光二极管的接线形式可分为共阴极和共阳极两种。使用时，共阴极数码管公共端接地，共阳极数码管公共端接电源。每段发光二极管需5—10mA的驱动电流才能正常发光，一般需要加限流电阻控制电流的大小。

2. 静态现实：静态现实就是单片机将所要显示的数据送出去后，数码管始终显示该数据不变，到下一次显示时，再传送一次新的显示数据。静态显示的接口电路采用一个并行口接一个数码管，数码管的公共端按共阴极或共阳极分别接地或者接Vcc。

3.串行静态显示：为了解决静态显示1/0口占用过多的问题，可采用串行接口扩展LED数码管的技术。利用串入并处移位寄存器74LS164可以实现串行接口的扩展。

图3.5.2

3.6 报警电路

在单片机控制系统中，一般的工作状态可以通过指示灯或者数码

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊管显示来指示，以供操作员参考。但对于某些紧急状态或者反常状态，为了使操作人员不致忽视，以便于及时采取措施，往往还需要有某种更能引人注意、提起警觉的报警信号。本系统的报警电路包括闪光报警和鸣音报警两种方式。

实现声光报警的接口电路比较简单，如图3.6所示。发生组件采用压电蜂鸣器，只需在其两条引线上加3V~24V的直流电压，蜂鸣震荡音响。压电式蜂鸣器结构简单、好点小、而且适合于单片机系统。本电路的设计中，要考虑与发光二极管串联的限流电阻大小的确定，阻值选择不当会影响二极管的寿命。

图3.6报警电路

第4章控制算法设计

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为了进一步改进控制器的方法是通过检测误差的变化率来预报

误差，并对误差的变化作出响应，于是在PI调节器的基础上再加上

微分调节器，组成比例、积分、微分（PID）调节器，其控制规律为：

)

1

(u

d

d

T

ed

T

e

k

u

t

e

t

d

t

i

p

+

+

+

=? (4-1)

式中

d

T为微分常数，

d

T越大微分作用越强。

PID控制的原理框图如图4-1所示。

图4-1模拟PID控制系统框图

常规的PID控制原理框图如上图所示。该系统有模拟PID控制器

和被控对象组成。图中，)(t

r是给定值，)

(t

y是系统的实际输出值，

给定值和实际值输出值构成控制偏差)

(

)

(

)

(t

y

t

r

t

e-

=，其中)(t

e作为

PID控制器的输入，)(t

U作为PID控制器的输出和被控对象的输入。

因为式（4-1）表示的是调节器的输入函数及输出函均为模拟量，

所以计算机是无法对其进行运算的，必须将连续形式的微分方程化

为离散形式的差分方程，取T为采样周期。

在采样时刻t=i2T(T为采样周期，i为正整数)，PID调节规律可

以通过数值公式近似计算。

1

)]

(

[u

e

e

T

T

e

T

T

e

k

u

i

i

d

i

j

j

i

i

p

i

+

-

+

+

=

-

-

∑ (4-2)

如果采样周期取得足够小，这种逼近可相当准确，被控过程与连

续过程十分接近。当执行机构需要的不是控制量的绝对数值，而是

其增量（例如去风扇的电机）时，可导出增量式的PID算法，由（4-2）可得:

2

1

1

1

1

)]

(

[u

e

e

T

T

e

T

T

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K

u

i

i

d

i

j

j

i

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p

i

+

-

+

+

=

-

-

-

-

-

-∑ (4-3) 由（4-2）与式（4-3）相减可以导出下面的公式:

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊

)]

2

(

[

2

1

1

1-

-

-

-

+

-

+

+

-

=

-

=

?

i

i

i

d

i

i

i

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p

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i

i

e

e

e

T

T

e

T

T

e

e

k

u

u

u (4-4) 室温温度控制是这样一个反馈调节过程：比较实际室温和需要室

温得到偏差，通过对偏差的处理得到控制信号，再去调节相应的输

出设备的功率，从而实现对室温温度加热与制冷的控制。该控制系

统采用过程控制中应用最广泛的PID控制形式，PID算法用差分方

程近似为：

1

2

1

1

)]

2

(

[

-

-

-

-

+

+

-

+

+

-

=

i

i

i

i

d

i

i

i

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p

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u

e

e

e

T

T

e

T

T

e

e

k

u(4-5)式（4-5）也可以进一步写为：

1

2

2

1

1

0-

-

-

+

+

+

=

i

i

i

i

i

u

e

d

e

d

e

d

u (4-6) 其中)

1(

0T

T

T

T

k

d d

i

p

+

+

=，)

2

1(

1T

T

k

d d

p

+

-

=，

T

T

k

d d

p

=

2

利用典型二阶的方法确定

P

k、

d

T、

i

T参数

二阶系统闭环传递函数一般形式为

2

2

1

1

1

)

(

s

T

s

T

s

+

+

=

Φ (4-7) 将s换成jω得：

1

2

2

1

1

)

(

T

j

T

j

ω

ω

ω

+

-

=

Φ

）

（

(4-8) 它的模为：

2

1

2

2

2

1(

1

)

(

)

(

）

（

）ω

ω

ω

ω

T

T

j

A

+

-

=

Φ

= (4-9)

根据控制理论可知，要使二阶系统获得理想动态品质，应满足以

下条件：

1

)

(=

ω

A；0

)

(=

Φω (4-10)

可得

2

1

2T

T= (4-11) 将（4-11）代入（4-7）可得

2

2

2

2

1

1

)

(

s

T

s

T

s

+

+

=

Φ (4-12)

φ

(s)为该系统的开环传递函数根据

)

(

1

)

(

)

(

s

s

s

Φ

+

Φ

=

Φ (4-13)

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊

可算出

()s

T

s

T

s

2

2

1

2

02

1

2

1

)

(

+

=

Φ (4-14)

而被控对象属于一阶对象和带纯滞后，其数学模型可近似写成：

)

1

)(

1(

)

(

s

s

T

K

s

G

D

D

τ+

+

=(4-15)

在温度控制系统中，满足

D

T≥τ，所以式（4-15）是一个两时间

常数相差

较大的二阶环节。，

由式)

(

)

(

)

(

s

G

s

D

s?

=

Φ可推出

)

(

)

1

)(

1(

2

1

2

2

2

S

D

s

s

T

K

s

T

s

T D

D?

+

+

=

+τ

所以

S

T

K

S

T

S

D

D

D

2

2

1

)

(

+

=（4-16）

所以需用比例积分调节器来校正系统，比例积分调节器的传递函

数为：

s

T

s

s

D

i

1

1

)

(

τ+

=（4-17）

（4-16）与（4-17）两式对应相等推出τ

D

i

K

T2

=，

D

T

=

1

τ

最后得到调节器形式

S

T

K

s

K

s

T

s

D

i

p

D

D

1

2

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)

(+

=

+

=

τ

（4-18）

式中

τ

D

D

p K

T

K

2

=, τ

D

i

K

T2

=, 0

=

d

T

代入式（4-6）

1

2

2

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+

=

i

i

i

i

i

u

e

d

e

d

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d

u中得：

)

2

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1(

0τ

τ

D

D

D

i

p K

T

K

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T

T

K

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=

+

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T

T

K

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D

D

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T

K

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2

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-

=

-

=

第5章系统软件设计

┊┊

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊

本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。主程序的任务是对系统进行初始化，实现参数输入，并控制电加热炉的正常运行。主程序主要由系统初始化、数据采集及处理、智能推理等部分组成。系统初始化包括设置栈底、工作寄存器组、控制量的初始值、采样周期、中断方式和状态、定时器的工作方式以及8255的初始化、MAX1232的初始化等。数据采集及处理主要包括实时采集电加热炉的炉温信号，计算出实际炉温与理想值的差值以及温差的变化率，并对炉温信号进行滤波和限幅处理

图5.1系统流程图

。

系统主程序控制系统的软件主要包括：采样、标度变换、控制

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊计算、控制输出、中断、显示、报警、调节参数修改、温度设定及修改。其中控制算法采用数字PID调节，应用增量型控制算法，并对积分项和微分项进行改进，以达到更好的控制效果。考虑到电加热炉是一个非线性、时变和分布参数系统，所以本文采用一种新型。的智能控制算法。它充分吸取数学和自动控制理论成果，与定性知识相结合，做到取长补短，在实时控制中取得较好的成果

第六章总结

单件物品卸料机构

一、课程设计任务书 1.1课程设计的目的及意义 自动机械设计这门课程是机械专业的一门主要专业课程，学习完这门课程之后同学们在脑中应该对机械系统设计有一个总体的框架。为了加深对这门课程的更深入的理解及运用，培养学生对理论知识的综合应用能力和实践动手能力，安排课程设计这一教学实践环节。 通过课程设计进一步培养学生的设计能力、理论联系实际的能力，同时巩固复习前面学过的理论知识，为后续的毕业设计打下一定的理论基础。 1.2题目：单件物品卸料机构 卸料机构的目的是：对旋转式四工位粉末压力成型机加工的产品实现自动卸料的功能。为此需要了解粉末压力成型机的工艺原理：该压力成型机用于实现对粉末材料进行压力加工而达到成型的目的，并能实现自动出料以便完成后续工作。为提高效率采用回转工作台，它具有运动和停歇两个工作阶段。在停歇阶段，各个工位完成各自的加工动作；在回转阶段，工作台运转到下一个工位。 1.3 设计任务 1.3.1设计参数： （1）卸料次数 120件/分钟 （2）压力成型机生产率 120件/分钟 （3）转盘台面高度 800mm （4）产品的尺寸 L×B×H=200×100×30mm （5）粉末材料密度 p=7.5×103Kg/m3 1.3.2机构的功能： 配合旋转式工作台，能自动将压力成型机加工的产品输送到指定的工位。 1.3.3设计要求及设计内容 （1）设计要求 1) 课程设计是一必修的实践性教学环节，所有学生必须重视，认真对待，必须独立按时完成课程设计任务，遵守设计纪律，严禁雷同，抄袭。 2) 要求所设计的机构性能良好，结构紧凑，便于制造，使用维护方便。考虑自动化生产，要求能自动卸料，且满足产品变化的要求，能方便的组成生产线。

加热炉操作基础

加热炉操作基础 1、阻火器的作用和工作原理是什么？ 答：阻火器的作用：是防止明火或常明灯的明火进入燃料气系统，造成燃烧爆炸事故。 其工作原理是：当火焰通过狭小孔隙时，由于热损失突然增大，使燃烧不能继续而熄火。 2、加热炉为什么要设置防爆门？ 答：在加热炉未点火之前，如果炉膛内充满易燃气体，一遇明火或静电即会爆炸，这时防爆门被顶开，使炉膛内的压力能迅速泄出，防止炉体被损坏。可见，加热炉设置防爆门的目的是为了防止加热炉爆炸时造成过大的损害。 3、风门的作用？烟道挡板的作用是什么？ 答：风门的作用是通过风门调节入炉空气量来调节火焰燃烧情况。 烟道挡板的作用是调整进出加热炉空气量，以此调整炉内负压，达到调节火焰燃烧情况的目的。 4、加热炉的负压是怎样产生的？为什么在负压下操作？ 答：由于烟囱内的烟气温度比外界空气高，气体密度相对较小，容易向上流动，这样就使烟囱入口存在抽力。在此抽力的作用下，使炉内产生负压。 负压大小对操作影响很大，负压过大，入炉空气量多，使烟气氧含量增加，降低了炉子的热效率，且炉管氧化加剧，负压过小，空气入炉量过小，导致燃烧不完全，也降低了炉子的热效率，因此要在适当的负压下操作。 5、加热炉为什么要保持一定的负压？ 答：燃料需要有一定量的空气存在才能燃烧，只有保持一定的负压，炉内压力比炉外压力低一些，才能使炉外空气进入炉内，若炉内负压很小时，炉内吸入的空气量就很小，燃料燃烧不完全，炉热效率下降，烟囱冒黑烟，炉膛不明亮，甚至往外喷火，会打乱系统的操作。 6、负压值应该保持多少为合适？ 答：一般炉膛负压应保持在-50～-100pa，烟道挡板开度增大还不能增加抽力，则应该减少燃料量和降低加热炉的负荷。

材料加热炉基础课程设计

课程设计任务书 设计题目低温井式电阻炉的设计 学生*** 学生学号****** 专业班级**************** 指导教师

目录 1、设计任务 (2) 2、炉膛尺寸的确定··························································· 2 3、炉子砌砖体的设计 3.1炉衬材料的选择 (4) 3.2炉墙设计 (4) 3.3炉底设计 (5) 3.4炉顶设计····························

(5) 3.5炉门设计 (6) 4、炉子功率计算和分配 4.1有效热Q件计算 (8) 4.2辅助构件热损失Q辅计算 (8) 4.3炉衬热损失Q .............................散 (8) 4.4Q辐计 ·····························算 (9) 4.5炉门溢气热损失Q ·····························溢

4.6其它热损失Q .............................它 (10) 4.7炉子安装功率计算 (10) 4.8炉子热效率计算 (10) 4.9炉子空载功率··························································1 1 4.10炉子升温时间计算 (12) 4.11功率分配·······························································1 2 4.12接线方

北航机械设计课设加热炉装料机结构设计总体方案

机械设计课程设计 计算说明书 设计题目：加热炉装料机设计 院系：能源动力学院 学号：10041007 姓名：庞岩 年月日 北京航空航天大学

设计任务书 1、设计题目：加热炉装料机 2、设计要求 （1）装料机用于向加热炉内送料，由电动机驱动，室内工作，通过传动装置使装料机推杆作往复移动，将物料送入加热炉内。 （2）生产批量为5台。 （3）动力源为三相交流电380/220V，电机单向转动，载荷较平稳。 （4）使用期限为10年，每年工作300天，大修期为三年，双班制工作。 （5）生产厂具有加工7、8级精度齿轮、蜗轮的能力。 加热炉装料机设计参考图如图 3、技术数据 推杆行程300mm,所需推杆推力为6000N,推杆工作周期4.3s. 4、设计任务 （1）完成加热炉装料机总体方案设计和论证，绘制总体原理方案图。 （2）完成主要传动部分的结构设计。 （3）完成装配图一张（用A0或A1图纸），零件图两张。

（4）编写设计说明书1份。

总体方案设计 1、执行机构的选型与设计 （1）机构分析 ①执行机构由电动机驱动，原动件输出等速圆周运动。传动机构应有运动转换功能， 将原动件的回转运动转变为推杆的直线往复运动，因此应有急回运动特性。同时要 保证机构具有良好的传力特性，即压力角较小。 ②为合理匹配出力与速度的关系，电动机转速快扭矩小，因此应设置蜗杆减速器，减 速增扭。 （2）机构选型 方案一：用摆动导杆机构实现运动形式的转换功能。 方案二：用偏置曲柄滑块机构实现运动形式的转换功能。 方案三：用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联组合，实现运动形式的转换功能。 方案一方案二方案三（3）方案评价 方案一：结构简单，尺寸适中，最小传动角适中，传力性能良好，且慢速行程为工作行程，快速行程为返回行程，工作效率高。 方案二：结构简单，但是不够紧凑，且最小传动角偏小，传力性能差。 方案三：结构复杂，且滑块会有一段时间作近似停歇，工作效率低，不能满足工作周

再加热炉的设计

序言 毕业设计，它是一次深入的综合性的总复习，也是一种理论联系实际的训练踏实我们完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是我们综合运用所学过的基本理论基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。这对学生即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓有一定意义。

毕业设计的主要目的： 1 培养我们综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学过的知识。 2培养我们树立正确的设计思想，设计构思和创新思维。掌握工程设计的一般程序，规范和方法。 3 培养我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书进行设计计算，数据处理。编写技术文件等方面的工作能力。 4 培养我们进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。 5 就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行 一次适应性训练。丛中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。 由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处。恳切各位老师给予指导。

课题简介 摘要： 步进梁式再加热炉是为连轧生产线提供钢管再加热在线常化（一种热处理方式）所用。它是依靠专用的步进机械使工件在炉内移动的一种机械化炉。 步进炉底的结构和传动方式要根据出料的频率和炉子的生产能力决定，它不仅要考虑炉内的温度、还要考虑被加工工件的尺寸参数和工地方面的实用性。所以必须严格计算其内部参数，保证炉子的生产和安全。 炉底机械采用双轮斜轨式机构。步进梁的升降和平移动作采用液压缸驱动。步进梁支柱穿炉底的孔洞采用干式“拖板”密封。装出料端设有拨料机，固定梁最末一个料位检测有料后，出料拨料机上升将钢管拖起后，出料拨杆立即下降将钢管拨送到出料悬臂轨道上，使钢管能够马上出炉，出料周期最快20s,可以满足125根/h的操作频率。 关键词：步进梁式再加热炉步进梁双轮斜轨式机构有效炉底长度梁距齿距 在生产中，利用燃料产生的热量，或者将电能转化成热量对工件或物料进行加热的设备，称为工业炉。锅炉也是工业炉的一种，机械工业应用的工业炉有多种类型，在铸造车间有熔炼金属的平炉、冲天炉、感应炉、电阻炉、真空炉等；在锻压车间有对钢锭或钢坯进行煅前加热的各种加热炉和消除应力的热处理炉；在热处理车间，有改善工件力学性能的各种退火、正火、淬火和回火的热处理炉；在焊接车间有压制前的钢板加热炉和焊后热处理炉；在粉末冶金车间还有烧结金属的加热炉等。 步进梁式再加热炉是为连轧生产线提供钢管再加热在线常化（一种热处理方式）所用。它是依靠专用的步进机械使工件在炉内移动的一种机械化炉。 参数：

加热炉学习

一、管式加热炉的结构及工作原理 1.1 管式加热炉在炼油和石油化工中的重要性 管式加热炉是一种火力加热设备，它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，加热在炉管中高速流动的介质，使其达到工艺规定的温度，以供给介质在进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需的热量，保证生产正常进行。与其他加热方式相比，管式加热炉的主要优点是加热温度高（可达1273K），传热能力高和便于操作管理。近60多年所来，管式炉的发展很快，已成为近代石化工业中必不可少的工艺设备之一，在生产和建设中具有十分重要的地位。例如：一个年处理量为2.5Mt原油的常减压蒸馏装置，虽所用的加热炉的座数不多，但其提供的总热量却达70MW，如果炉子加热能力不够，就会限制整个装置处理能力的提高，甚至无法完成预定的任务。 管式加热炉消耗的燃料量相当可观，一般加工深度较浅的炼厂，约占其原油能力的3%~6%，中等深度的占4%~8%，较深的为8%~15%，其费用约占操作费用的60%~70%，因此，炉子热效率的高低与节约燃料降低成本有密切的关系。 此外，管式炉炉管结焦、炉管烧穿、炉衬烧塌等事故也常常是迫使装置停工检修的重要原因。 在生产中，希望生产装置能达到高处理量、高质量和低消耗以及长周期、安全运转，大量实践表明，管式炉的操作往往是关键之一。 管式炉的基建投资费用，一般约占炼油装置总投资的10%~20%，总设备费用的30%左右，在重整制氢和裂解等石油化工装置中，则占建设费用的25%左右，因此，加热炉设计选型的好坏，还直接影响装置经济的合理性。 1.2 管式加热炉的分类和主要工艺指标 1.2.1管式加热炉的分类 管式炉的类型很多，如按用途分有纯加热和加热-反应炉，前者如：常压炉、减压炉，原料在炉内只起到加热（包括汽化的作用）；后者如：裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，同时还应保证有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。按炉内进行传热的主要方式分类，管式炉有：纯对流式、辐射-对流式和辐射式。按燃烧方式分类，有火炬式和无焰式。根据炉型结构的不同，管式又可分为箱式炉和立式炉、圆筒炉等。 1.2.2主要工艺指标 各种不同类型的管式炉都有其本身特性，但就其炉内的传热过程而言，又有其共性，所以，反映各种管式炉传热性能的主要工艺指标也基本相同。一般只要有以下几项： 1.热负荷指炉子单位时间内传给被加热物料的总热量，单位为KJ/h或W，此值越大，炉子的生 产能力也越大。 2.炉膛体积热强度指单位时间内单位炉膛体积所传递的热量，单位为KJ/（m 3.h）或W/m3。此 值越大，完成相同热任务所需要的炉子越紧凑。 3.炉管表面热强度指单位时间内单位炉管表面积所传递的热量，单位为KJ/（m2.h）或W/m2。 此值越高，完成相同热任务所需要的传热面越小。 4.全炉热效率指炉子供给被加热物料的有效热量与燃烧放出的总热量之比。此值越高，完成相 同热任务所消耗的燃料越少。 5.管内介质流速（293K 冷介质流速）和全炉压降。 1.3加热炉热负荷分布及计算 1.3.1加热炉燃料 加热炉的基本过程是利用燃料燃烧所放出的热量，加热在炉管内高速流动的介质。热源即是燃料燃烧时产生的炽热火焰与高温烟气。 燃料分为气体燃料（瓦斯）和液体燃料（燃料油）两种。气体燃料的来源比较繁杂，有催化裂化

某加热炉温度控制 过程控制

学号 天津城建大学 过程控制课程设计 设计说明书 某加热炉温度控制 起止日期：2014 年6 月23 日至2014 年6 月27 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 控制与机械工程学院 2014年6月27 日

天津城建大学 课程设计任务书 2013 -2014学年第2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级13电气11班 姓名学号 课程设计名称：过程控制 设计题目：某加热炉温度控制 完成期限：自2014 年6 月23 日至2014 年 6 月27 日共1 周设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 某温度过程在阶跃扰动1/ ?=作用下，其温度变化的数据如下： q t h 试根据实验数据设计一个超调量25% δ≤的无差控制系统。具体要求如下： p （1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型 （12）设计思路

三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004 [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000 [3] 过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：年月日

加热炉装料机传动装置设计

三江学院 本科生毕业设计（论文） 题目加热炉装料机传动装置的设计 机械工程院（系）机械设计制造及其自动化（数控技术）专业学生姓名邹翌学号12010152055 指导教师于彩敏职称讲师 指导教师工作单位三江学院机械工程学院 起讫日期2014年2月25日至2014年6月8日

摘要 传动装置主体为减速器，通过减速器中的两对齿轮的啮合，把电动机高转速降低，达到减速的目的。 传动装置中的执行机构选择摆动导杆机构，其中曲柄为原动件，滑块为从动件，经过导杆装置将曲柄的连续转动转变成装料机的往复移动，从而使装料机工作。 关键字：减速器；摆动导杆机构

ABSTRACT Gear selection actuator in the guide rod of the crank mechanism, the crank of the driving member, a driven member to slide through the continuous rotation of the rod, the rocker, the crank is converted into reciprocation of the slider, so that the push rod mounted material. Drive means for the main gear, the gear motor, engine, or other high speed power through a small number of teeth of the gear reducer input shaft to the output shaft of the gear engagement to achieve the purpose of reduction, according to type of transmission can be divided into gear reducer, worm gear and planetary gear reducer; gear shape can be divided in accordance with cylindrical gear reducer, bevel gear reducer and a cone - cylindrical gear reducer and so on. High-speed transmission connected to the motor shaft end choice belt drive, low speed shaft and the crank shaft coupling connection choice, to join the two axes of different organizations, so that together rotated to transmit torque

液压集成块说明书

液压集成回路课程设计 院(系)： 专业班级： 姓名： 学号： 指导老师： 时间：

目录一．设计题目 二．前言 1.液压系统及液压站简介 2.蓄能器加速回路 3.液压集成块 三．课程设计任务要求 1.目的和意义： 2.基本要求： 四．课程设计的容 1.容 2.工作量 3.设计时间安排 五．液压集成块的设计 1.集成块装置的设计： 2.应用元件： 3.摆放位置

一．设计题目： 同步回路 YJ25 二孔液压集成块设计 尺寸要求：130×120×92 二．前言： 1.液压系统及液压站简介 液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的本分就愈多。 在造纸、防治、塑料、橡胶等轻工行业，造纸机、纺织机、注塑机、橡胶压块机等机械设备上都有大量使用着液压系统。在矿山、石油、冶金、压力加工等重工业中，由于液压系统能传递很大的能量而设备的重量相对其他传动方式来说又较小，所以更有广泛的应用。例如矿井支架、石油钻井平台、高炉炉顶设备、钢坯连铸机、板带轧机压下系统、压力机、快锻机等设备上液压系统被广泛地使用者。其他在电力、建筑、水利、交通、船舶、航空、汽车等行业，液压系统也是重要的组成本分，至于航天、军工等广泛采用先进技术的部门，液压系统更是得到广泛应用。机床行业是最早使用液压技术的行业之一，目前虽然由于电动机交流变频技术的发展而是电动机驱动夺回不少液压驱动的围，但在大功率驱动或往复运动的场合，液压系统还是被广泛应用。 液压站是由液压油箱，液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有空气滤清器，滤油器，页面指示器和清洗孔等。液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机及其他们至之间的联轴器等。呀呀控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其连接体。

北航优秀机械设计说明书_加热炉装料机

机械设计课程设计计算说明书 设计题目：加热炉装料机设计院系：能源与动力工程学院设计者： 指导教师： 2014年6月3日

前言 加热炉装料机可用于向加热炉内送料。由电动机驱动，于室内工作。通过传动装置使装料机推杆往复运动，将物料送入加热炉内。 设计一台由减速器与传动机构组成装料机，配以适当的电动机等零部件，实现自动送料过程。尽量实现占地面积小，工作平稳及急回特性明显等工作特征。

目录 目录 一、设计任务书...................................... 错误!未定义书签。 1、设计题目..................................... 错误!未定义书签。 2、设计要求..................................... 错误!未定义书签。 3、技术数据..................................... 错误!未定义书签。 4、设计任务..................................... 错误!未定义书签。 二、总体方案设计.................................... 错误!未定义书签。 1、传动方案的拟定............................... 错误!未定义书签。 （1）原动机................................. 错误!未定义书签。 （2）传动机构............................... 错误!未定义书签。 （3）执行机构............................... 错误!未定义书签。 2、执行机构设计................................. 错误!未定义书签。 （1）设计计算过程........................... 错误!未定义书签。 （3）推板设计............................... 错误!未定义书签。 3、电动机的选择................................. 错误!未定义书签。 （1）电动机类型选择......................... 错误!未定义书签。 （2）选择电动机功率......................... 错误!未定义书签。 4、传动系统运动和动力参数....................... 错误!未定义书签。 三、传动零件设计.................................... 错误!未定义书签。 1、蜗轮蜗杆的设计............................... 错误!未定义书签。 最终结果:................................... 错误!未定义书签。 2、直齿圆柱齿轮的设计........................... 错误!未定义书签。 最终结果：.................................. 错误!未定义书签。 3、轴的设计和校核计算........................... 错误!未定义书签。 （1）蜗杆轴................................. 错误!未定义书签。 （2）蜗轮轴................................. 错误!未定义书签。

轧钢车间加热炉设计

轧钢车间加热炉设计 创建时间：2008-08-02 轧钢车间加热炉设计(design of reheating furnace for rolling mill) 对型钢、中厚板、热轧带钢及线材等轧钢厂坯料加热炉的设计。设计内容包括炉型选择、确定装出料方式与炉子设施的平面布置、炉子加热能力与座数选择、炉温制度与炉型结构选择、炉子供热负荷计算及其分配比例、炉子尺寸设计以及炉子的检测与自动化操作。 炉型选择轧钢车间加热炉主要有推钢式加热炉和步进式加热炉两大类型。一般在设计前期根据原料和燃料、生产规模与产品大纲、车间布置、加热与轧制工艺要求以及整个轧制线的装备水平等原始条件综合考虑选择。步进式加热炉始建于20世纪60年代中期，与传统的推钢式加热炉相比，具有加热质量好、热工控制与操作灵活、劳动环境好等优点，特别是炉长不受推钢长度的限制，可以提高炉子的容量和产量，更适应当代轧机向大型化、高速化与现代化发展的需要。步进式加热炉在配合连铸坯热装时有明显的优越性，一般采用炉底分段传动方式，即在连铸开始浇铸时停止向炉内装料，而炉子仍按轧制节奏连续出钢，炉子装料侧一段炉底空出，当热连铸坯送到后即迅速装入炉内，尽量减少热坯的散热损失，同时集中加热热连铸坯可以有效地提高炉子产量和降低燃料消耗。推钢式加热炉和步进式加热炉的主要技术经济指标，如单位炉底面积产量和热耗，基本相同或相近，但步进式加热炉的最高小时产量则可大大超过推钢式加热炉，热耗也较低。步进式加热炉的钢坯在炉时间短，其钢坯氧化烧损率、脱碳率及废品率低于推钢式加热炉。步进梁式加热炉的冷却水消耗量比推钢式加热炉约多一倍，因此水系统投资要高一些，对操作及维护水平的要求也较高。 现在新建的具有经济规模的各类轧钢厂基本上都选用了步进式加热炉；一些老厂如美国底特律钢厂热轧车间、法国索拉克和恩西俄厂的热轧车间、日本和歌山热连轧厂与鹿岛厚板厂以及加拿大汉密尔顿的多发斯科厂等，在改建或扩建中都选用了步进式加热炉替代原有的推钢式加热炉。中国在70年代设计和建设步进式加热炉，但当前轧钢加热炉，特别是中小型轧钢厂推钢式加热炉仍较多，这与中国的原燃料条件等多种因素有关，加热短小钢锭不能采用步进式加热炉。 设计加热炉时还要决定炉子的热工制度、结构型式、主要技术经济指标、燃烧装置的型式与数量、排烟和余热利用方式、出渣方式等。 装出料方式与炉子设施的平面布置按照工艺要求确定加热炉的装出料方式及炉子在车间的位置。炉子的平面布置设计，包括燃烧系统管道设施、排烟系统及热回收设施、冷却水与汽化冷却系统、排渣设施以及炉子区域操作检修平台等的平面布置。炉子仪表室及计算机房的位置、尺寸及炉子设施占用的轧钢跨、原料跨等按设计要求确定。 装出料方式装料方式有端装和侧装两种，出料方式也有端出和侧出之分。(1)端装料。其结构一般用炉后辊道上料，中小型加热炉也有用固定台架、活动台架上料的。(2)侧装料。分辊道装料和推入机装料。辊道装料用于步进式炉，由安装在炉内后端的悬臂辊道将坯料送入炉内，由炉后推钢杆将其推到固定梁上，也有直接由步进梁托到固定梁上的；推入机装料借炉外辊道将坯料送至炉侧装料门前再用侧推入机推到炉内的固定炉床上，由炉后推钢机向前推送，可用于推钢式炉与步进式炉。(3)端出料。有重力滑坡式出料及托出机出料两种。滑坡式结构用得比较普遍，炉内滑道与炉前出料辊道高差约1．2～2m，用斜坡滑道连接，滑坡俯角约32。～35。，坯料可借自重克服摩擦阻力滑至炉前辊道上，辊道对面设缓冲器。各部尺寸及斜坡与辊道之间的弧形滑板设计多凭经验确定。这种结构的主要缺点是：出料口低于炉内坯料表面，炉子易吸

压块机课程设计说明书

摘要 本文介绍了压块机的液压系统以及控制系统设计。压块机的液压系统主要包括油箱、高压泵、电动机、以及各种压力阀等组成。本次设计首先设计出液压系统原理图，并且详细介绍了油路的走向及如何实现压块机的快进、工进、快退等动作。然后对其中的电动机、高压泵、液压缸以及各种压力阀进行了详细的计算，根据计算结果，选择合适的元件。 本设计还设计了PLC控制系统，对PLC进行了深入的研究，根据设计好的液压传动原理图，画出控制流程图；并根据设计确定的I/O点数，选用合适的可编程控制器，并且给出了I/O分配表和I/O接线图，以及编写了PLC控制系统的程序。 关键词：压块机、液压系统、控制系统、PLC

目录 摘要 (1) 1.绪论 (2) 1.1 课题研究的背景 (3) 1.2 研究课题所做的工作 (4) 2.液压系统设计 (4) 2.1液压技术的简介 (5) 2.2压块机工况分析 (6) 2.3液压系统图及其工作原理 (7) 2.3.1液压系统图： (7) 2.4液压元件的选择与计算 (9) 2.4.1．分析负载 (9) 2.4.2．液压缸设计计算 (10) 2.4.3 液压泵设计计算 (11) 2.4.4 阀类元件与辅助元件的选择 (12) 2.4.4.1 溢流阀 (12) 2.4.4.2 电磁换向阀 (12) 2.4.4.3顺序阀 (13) 2.4.5 双联叶片泵 (13) 2.4.6 油箱 (13) 3.PLC的选用和设计 (13) 3.1.采用PLC控制的优点 (14) 3.2. 输入输出I/O点数的估算 (14) 3.2.1 控制功能的选择 (14) 3.3 PLC的控制设计 (15) 3.3.1 PLC控制工作原理 (15) 3.3.2 I/O口的分配 (15) 3.3.3 外部电路接线图 (16) 3.3.4 PLC梯形图的概述 (18) 3.3.5 PLC控制梯形图 (18) 3.3.6 根据梯形图写出以下程序 (21) 参考文献 (22) 1.绪论

精编【机械制造行业】加热炉装料机设计机械设计说明书

【机械制造行业】加热炉装料机设计机械设计说明书 xxxx年xx月xx日 xxxxxxxx集团企业有限公司 Please enter your company's name and contentv

机械设计课程设计 计算说明书 设计题目：加热炉装料机设计 院系： 设计者： 指导教师：

年月日 北京航空航天大学 设计任务书 1、设计题目：加热炉装料机 2、设计要求 （1）装料机用于向加热炉内送料，由电动机驱动，室内工作，通过传动装置使装料机推杆作往复移动，将物料送入加热炉内。 （2）生产批量为5台。 （3）动力源为三相交流电380/220V，电机单向转动，载荷较平稳。 （4）使用期限为10年，每年工作300天，大修期为三年，双班制工作。 （5）生产厂具有加工7、8级精度齿轮、蜗轮的能力。 加热炉装料机设计参考图如图 3、技术数据 推杆行程200mm,所需电机功率2kw,推杆工作周期4.3s. 4、设计任务

（1）完成加热炉装料机总体方案设计和论证，绘制总体原理方案图。 （2）完成主要传动部分的结构设计。 （3）完成装配图一张（用A0或A1图纸），零件图两张。 （4）编写设计说明书1份。 目录 一、总体方案设计 (3) 1、执行机构的选型与设计 (3) 2、传动装置方案确定 (4)

二、传动零件的设计计算 (6) 1、联轴器 (6) 2、齿轮设计 (6) 3、蜗轮蜗杆设计 (12) 三、轴系结构设计及计算 (16) 1、轴的强度计算 (16) 2、轴承校核计算 (24) 3、键校核计算 (29) 四、箱体及附件设计 (30) 五、润滑与密封 (30) 1、齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑 (30) 2、滚动轴承的润滑 (31) 3、油标及排油装置 (31) 4、密封形式的选择 (31) 六、技术要求 (31) 七、总结与体会 (32) 参考文献 (32)

加热炉设计导则

目次 1总则 适用范围 2 引用标准 3 蒸馏炉设计要点 炉型选择 3.2主要工艺参数的选择 3.3炉管材质的选择及壁厚计算 4 热载体炉设计要点 4.1简介 4.2炉型选择 4.3主要工艺参数的选择 炉管材质的选择和壁厚计算 5延迟焦化炉、减粘加热炉及沥青加热炉设计要点简介 炉型选择 主要工艺参数的选择 炉管材质的选择和壁厚计算 6加氢炉设计要点 6.1加氢炉分类 6.2炉型选择 6.3主要工艺参数的选择 6.4炉管材质的选择及壁厚计算 辐射管架的热膨胀问题 6.5炉管表面热电偶的设置 7重整炉设计要点 7.1炉型选择 7.2主要工艺参数的选择 7.3炉管材质的选择及壁厚计算 结构设计注意事项 8润滑油精制炉设计要点 8.1炉型选择 8.2主要工艺参数的选择

炉管材质的选择及壁厚计算 9气体加热炉设计要点 9.1炉型选择 9.2主要工艺参数的选择 炉管材质的选择及壁厚计算 10制氢炉设计要点 转化管内的化学反应简介 工艺计算主要工艺参数及技术性能指标 炉型选择 转化管管系设计 1 总则 适用范围 石油化工管式炉的设计应按照相关标准进行。这些标准对管式炉设计的各个方面均有详细规定，为避免重复，本导则仅对各类管式炉的设计要点进行阐述，以指导设计者正确进行设计。 本导则适用于新建石油化工管式炉的设计，改扩建的石油化工管式炉设计也可参照执行。 2 引用标准 使用本导则时，尚应符合以下有关标准的规定： a)SHJ36 《石油化工管式炉设计规范》 b)SHJ37 《石油化工管式炉炉管壁厚计算方法》 c)SH3070 《石油化工管式炉钢结构设计规范》 d)BA9-2-1 《管式炉炉型选择及工艺参数的确定》 e)BA9-1-2 《石油化工管式炉工艺计算》 f)BA9-4-3 《管式炉炉管系统的设计》 g)BA9-4-1 《管式炉燃烧器选用原则》 h)BA9-4-2 《管式炉零部件的选用和设置》 i)BA9-1-3 《管式炉炉衬设计》 j)BA9-1-5 《管式炉钢结构设计荷载确定》 k)BA9-1-6 《立式（箱式）管式炉钢结构设计》 l)BA9-1-7 《圆筒形管式炉钢结构设计》 m)BA9-1-4 《管式炉钢制平台、梯子和栏杆》

液压集成块说明书

液压集成回路课程设计 院（系）: 专业班级： 姓名：— 学号：指导老师： 时间：

一.设计题目 二.前言 1.液压系统及液压站简介 2.蓄能器加速回路 3.液压集成块 三.课程设计任务要求 1.目的和意义： 2?基本要求： 四.课程设计的内容 1?内容 2.工作量 3?设计时间安排 五.液压集成块的设计 1?集成块装置的设计： 2?应用元件：3?摆放位置

一.设计题目： 同步回路Y J25二孔液压集成块设计 尺寸要求：130 X120 X92 二.前言： 1.液压系统及液压站简介 液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的本分就愈多。 在造纸、防治、塑料、橡胶等轻工行业，造纸机、纺织机、注塑机、橡胶压块机等机械设备上都有大量使用着液压系统。在矿山、石油、冶金、压力加工等重工业中，由于液压系统能传递很大的能量而设备的重量相对其他传动方式来说又较小，所以更有广泛的应用。例如矿井支架、石油钻井平台、高炉炉顶设备、钢坯连铸机、板带轧机压下系统、压力机、快锻机等设备上液压系统被广泛地使用者。其他在电力、建筑、水利、交通、船舶、航空、汽车等行业，液压系统也是重要的组成本分，至于航天、军工等广泛采用先进技术的部门，液压系统更是得到广泛应用。机床行业是最早使用液压技术的行业之一，目前虽然由于电动机交流变频技术的发展而是电动机驱动夺回不少液压驱动的范围，但在大功率驱动或往复运动的场合，液压系统还是被广泛应用。 液压站是由液压油箱，液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有空气滤清器，滤油器，页面指示器和清洗孔等。液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机及其他们至之间的联轴器等。呀呀控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其连接体。

150T压块机使用说明书

KFY-B-150T 150吨四柱压块机 使 用 说 明 书 大连科富液压装备制造中心 2012-4-25

使用须知 感谢贵单位使用我公司生产的KFY系列中该规格的四柱压块机，愿我们的产品给您创造最佳的经济效益。 为了人身及设备安全，在使用该产品前须知： 1、随机提供的使用说明书是指导用户正确使用、维护和保养机器 的主要技术资料，请妥善保存，操作人员必须仔细阅读理解， 掌握使用方法后方可进行操作。 2、送料、接料时严禁将手或工具伸进危险区内。多人操作时须确 定指挥者，协调动作紧密配合。 3、操作者离开机器时必须切断电源。 4、遥控系统为精密仪器，请将发射器妥善保管于通风干燥处，防 水防尘，不使用时摘下发讯钥匙。定期更换电池，长时间不使 用时要卸下电池。接收器安装于电控箱外，非专业人员禁止调 试或拆卸。 5、机床有异常或故障时必须立即停机检查。 6、机器维护、修理时必须切断电源，上压头须用支撑柱加固。 7、非专业操作人员严禁上机操作 8、严禁超过滑块的最大行程。压头与料槽最大闭合高度应不小于 150mm。 9、为保障使用寿命，压块机杜绝超负荷作业或超过偏心距(>50mm) 使用。

目录 一、机床外观总图 4 二、机床的结构概述 5 1、主体结构及技术参数 6 2、液压系统及技术参数7 3、电气系统及技术参数7 三、操作说明8 四、外购件及易损件清单10 五、维修及保养13 六、售后服务15 一、外观总图

该产品机体采用三梁四柱下压式结构，四柱为煅件表面镀铬，横梁由钢板焊接而成，确保对设备的刚性和强度要求。主机包括机身、主油缸、工作台提升缸、推料油缸、料槽构件、液压系统、电控系统等。 二、机床结构概述和主要技术参数

闪蒸罐 加热炉工作原理 总结

闪蒸罐 闪蒸就是高压的饱和水进入比较低压的容器中后由于压力的突然降低使这些饱和水变成一部分的容器压力下的饱和水蒸气和饱和水。 现象： 物质的沸点是随压力增大而升高，那么是不是压力越低，沸点就越低呢。那好，这样就可以让高压高温流体经过减压，使其沸点降低，进入闪蒸罐。这时，流体温度高于该压力下的沸点。流体在闪蒸罐中迅速沸腾汽化，并进行两相分离。使流体达到气化的设备不是闪蒸罐，而是减压阀。闪蒸罐的作用是提供流体迅速气化和汽液分离的空间。 形成原因： 当水在大气压力下被加热时，100℃是该压力下液体水所能允许的最高温度。再加热也不能提高水的温度，而只能将水转化成蒸汽。水在升温至沸点前的过程中吸收的热叫“显热”，或者叫饱和水显热。在同样大气压力下将饱和水转化成蒸汽所需要的热叫“潜热”。然而，如果在一定压力下加热水，那么水的沸点就要比100℃高，所以就要求有更多的显热。压力越高，水的沸点就高，热含量亦越高。压力降低，部分显热释放出来，这部分超量热就会以潜热的形式被吸收，引起部分水被“闪蒸”成蒸汽。 实际情况： 闪蒸在管道系统中出现，容易对阀门产生汽蚀损坏，可以选择反汽蚀高压阀，其特点是多次节流分摊压差，也可以选用耐汽蚀冲刷材料。闪蒸也可以作为能源，被利用在热力发电厂中锅炉排水的回收和地热发电中。 应用： 闪蒸主要应用在热力发电厂中锅炉排水的回收和地热发电中。

加热炉工作原理 液体（气体）燃料在加热炉辐射室（炉膛）中燃烧，产生高温烟气并以它作为热载体，流向对流室，从烟囱排出。待加热的原油首先进入加热炉对流室炉管，原油温度一般为29。炉管主要以对流方式从流过对流室的烟气（9）中获得热量，这些热量又以传热方式由炉管外表面传导到炉管内表面，同时又以对流方式传递给管内流动的原油。原油由对流室炉管进入辐射室炉管，在辐射室内，燃烧器喷出的火焰主要以辐射方式将热量的一部分辐射到炉管外表面，另一部分辐射到敷设炉管的炉墙上，炉墙再次以辐射方式将热辐射到背火面一侧的炉管外表面上。这两部分辐射热共同作用，使炉管外表面升温并与管壁内表面形成了温差，热以传导方式流向管内壁，管内流动的原油又以对流方式不断从管内壁获得热量，实现了加热原油的工艺要求。 加热炉加热能力的大小取决于火焰的强弱程度（炉膛温度）、炉管表面积和总传热系数的大小。火焰愈强，则炉膛温度愈高，炉膛与油流之间的温差越大，传热量越大；火焰与烟气接触的炉管面积越大，则传热量越多；炉管的导热性能越好，炉膛结构越合理，传热量也愈多。火焰的强弱可用控制火嘴的方法调节。但对一定结构的炉子来说，在正常操作条件下炉膛温度达到某一值后就不再上升。炉管表面的总传热系数对一台炉子来说是一定的，所以每台炉子的加热能力有一定的范围。在实际使用中，火焰燃烧不好和炉管结焦等都会影响加热炉的加热能力，所以要注意控制燃烧器使之完全燃烧，并要防止局部炉管温度过高而结焦。 二、加热炉的运行参数 炉膛温度（挡墙温度） 炉膛温度一般指烟气离开辐射室的温度，也就是烟气未进入对流室的温度或辐射室挡火 墙前的温度，是加热炉运行的重要参数。在炉膛内（辐射室）燃料燃烧产生的热量，是通过辐射和对流传给炉管的。传热量的大小与炉膛温度和管壁温度有关。原油从加热炉中获得的热量其中有以辐射传热为主。辐射换热与火焰的绝对温度的四次方成正比，因此，在高温区中，辐射受热面的吸热效果要比对流受热面的效果好，吸收同样数量的热量，辐射换热所需的受热面积即金属消耗量要比对流换热的少。设计时选取的炉膛温度值决定着加热炉辐射受热面及对流受热面之间的吸热量比例。炉膛温度高，辐射室传热量就大，所以炉膛温度能比较灵敏地反映炉出口温度。但是从运行角度考虑，炉膛温度过高，辐射室炉管热强度过大，有可能导致辐射管局部过热结焦同时进入对流室的烟气温度也过高，对流室炉管也易被烧坏，使排烟温度过高，加热炉热效率下降。所以炉膛温度是保证加热炉长期安全运行的指标。在输油加热炉中炉膛温度最高不超过&。 排烟温度 排烟温度是烟气离开加热炉最后一组对流受热面进入烟囱的温度。排烟温度不应过高，否则热损失大。在操作时应控制排烟温度，在保证加热炉处于负压完全燃烧的情况下，应降低排烟温度。排烟温度的调节一般用控制进风量，即调整过剩空气系数的办法。降低排烟温度，可减少加热炉排烟热损失，提高热效率，从而节约燃料消耗量，降低加热炉运行成本。但排烟温度过低，使对流受热面末段烟气与载热质的传热温差降低，增加了受热面的金属消耗量，提高加热炉的投资费用。因此，排烟温度的选择要经过经济比较。 在选择最合理的排烟温度时，还应考虑低温腐蚀的影响。由于燃料中的硫在

加热炉控制系课程设计

第1章加热炉控制系统 加热炉控制系统工程背景及说明 加热炉自动控制（automatic control of reheating furnace），是对加热炉的出口温度、燃烧过程、联锁保护等进行的自动控制。早期加热炉的自动控制仅限控制出口温度，方法是调节燃料进口的流量。现代化大型加热炉自动控制的目标是进一步提高加热炉燃烧效率，减少热量损失。为了保证安全生产，在生产线中增加了安全联锁保护系统。 影响加热炉出口温度的干扰因素很多，炉子的动态响应一般都比较迟缓，因此加热炉温度控制系统多选择串级和前馈控制方案。根据干扰施加点位置的不同，可组成多参数的串级控制。使用气体燃料时，可以采用浮动阀代替串级控制中的副调节器，还可以预先克服燃料气的压力波动对出口温度的影响。这种方案比较简单，在炼油厂中应用广泛。 这种控制的主要目的是在工艺允许的条件下尽量降低过剩空气量，保证加热炉高效率燃烧。简单的控制方案是通过测量烟道气中的含氧量，组成含氧量控制系统,或设计燃料量和空气量比值调节系统,再利用含氧量信号修正比值系数。含氧量控制系统能否正常运行的关键在于检测仪表和执行机构两部分。现代工业中都趋向于用氧化锆测氧技术检测烟道气中的含氧量。应用时需要注意测量点的选择、参比气体流量和锆管温度控制等问题。加热炉燃烧控制系统中的执行机构特性往往都较差，影响系统的稳定性。一般通过引入阻尼滞后或增加非线性环节来改善控制品质。 在加热炉燃烧过程中，若工艺介质流量过低或中断烧嘴火焰熄灭和燃料管道压力过低,都会导致回火事故，而当燃料管道压力过高时又会造成脱火事故。为了防止事故，设计了联锁保护系统防止回火和温度压力选择性控制系统防止脱火。联锁保护系统由压力调节器、温度调节器、流量变送器、火焰检测器、低选器等部分组成。当燃料管道压力高于规定的极限时，压力调节系统通过低选器取代正常工作的温度调节系统，此时出料温度无控制，自行浮动。压力调节系统投入运行保证燃料管道压力不超过规定上限。当管道压力恢复正常时，温度调节系统通过低选器投入正常运行，出料温度重新受到控制。当进料流量和燃料流量低于允许下限或火焰熄灭时，便会发出双位信号，控制电磁阀切断燃料气供给量以防回火。 随着节能技术不断发展，加热炉节能控制系统正日趋完善。以燃烧过程数学模型为依据建立的最佳燃烧过程计算机控制方案已进入实用阶段。例如，按燃烧过程稳态数学模型组成的微机控制系统已开始在炼油厂成功使用。有时利用计算机实现约束控制，使加热炉经常维持在约束条件边界附近工作，以保证最佳燃烧。