Русский  English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Печі опору типу Таммана широко застосовують у металургії для виконання різноманітних дослідницьких робіт. На металургійному факультеті ДонНТУ піч Таммана використовується як навчально-досліднецький стенд для виконання лабораторних і дослідних робіт студентами, аспірантами та викладачами. Піч дозволяє проводити ряд технологічних процедур, таких, наприклад, як легування сталі [1].

На даний момент актуальним є завдання підвищення рівня автоматизації даного лабораторного стенду. Стоїть завдання розробки електронної системи контролю та управління піччю Таммана на базі мікроконтролера, яка дозволить управляти даною пічної установкою за допомогою комп’ютера, що значно підвищить ефективність проведення дослідницьких робіт на даній установці і достовірність отриманих результатів.

1. Актуальність теми

Підвищення рівня автоматизації електричних печей опору отримало в даний час значний розвиток. Це пов’язано, з одного боку, з обробкою в них сучасних матеріалів, для яких потрібні режими зі складними графіками зміни температури і високою точністю її підтримки, безперервним контролем і регулюванням температури в ході процесу, з іншого – жорсткими вимогами до економічності експлуатації печей, а також прагненням до скорочення застосування робочої сили при обслуговуванні обладнання.

2. Мета і завдання дослідження

Електронна система повинна забезпечувати плавний розігрів печі по заданому закону зміни температури з постійним контролем потужності, що підводиться до печі і температури всередині неї. Поточні значення контрольованих параметрів повинні реєструватися і відображатися в зручному для оператора вигляді на комп’ютері. При цьому необхідно реалізувати 2 способи управління піччю:

  1. Віддалене управління за допомогою комп’ютера.
  2. Безпосереднє ручне управління поблизу від печі.

3. Аналіз роботи електропечей

Принцип роботи електропічних установок (ЕПУ) заснований на перетворенні електричної енергії в теплову. Відповідно до закону Джоуля – Ленца, кількість тепла, що виділилася в провіднику пропорційно квадрату сили струму, опору провідника і часу проходження струму:

Формула кількості теплоти

Підбираючи певні матеріали з відомим опором, і відповідний джерело електричного струму можна отримати достатню потужність для розплавлення металів.

Електричні печі опору діляться на печі побічної дії, в яких електричний струм протікає по нагрівальним елементам, виділяючи в них теплоту, що передається виробам,що нагріваються, випромінюванням, конвекцією (вид теплопередачі, при якому внутрішня енергія передається струменями і потоками.), теплопровідністю, і на печі прямої дії (установки електроконтактного нагріву), в яких струм протікає безпосередньо через тіла, що нагріваються, завдяки чому в них виділяється тепло. У вакуумних печах теплопередача здійснюється тільки випромінюванням; в більшості ж печей непрямого дії теплопередача здійснюється одночасно випромінюванням і конвекцією, при цьому в печах з температурою вище 700 °С переважає випромінювання, в низькотемпературних печах і в печах з примусовою циркуляцією атмосфери – конвективною теплопередачачею. У печах з рідким теплоносієм, в який занурені вироби, що нагріваються, теплота передається конвекцією і теплопровідністю. У цих печах сам рідкий теплоносій може нагріватися завдяки протіканню через нього струму або від нагрівальних елементів, занурених у рідину (ванни з внутрішнім обігрівом) або перебувають за тиглем з рідиною (ванни із зовнішнім обігрівом) [2].

У печах прямого нагріву вироби, як правило, мають правильну форму перетину (стрижні, прутки, дріт), включаються через спеціальні контакти в електричне коло. До цієї ж групи печей можна віднести скловарні печі (у тому випадку, коли через рідке скло протікає струм), електродні водонагрівачі, печі для отримання карборунда, електрографіту. До цієї ж, за принципом виділення теплоти, групи печей можна віднести печі для електрошлакової переплавки.

Схема установки печі Таммана

1 - піч Таммана,
2 - вогнетривка підставка,
3 - графітовий тигель з рідким чавуном,
4 - брикет екзотермічної суміші, що містить оксид магнію,
5 - механічний захват,
6 - кронштейн,
7 - термопара ВР5 / 20
Рисунок 1 – Структурна схема системи управління піччю Таммана

4. Класифікація електропечей

За призначенням:

  • плавильні;
  • нагрівальні;
  • термічні;
  • випалювальні;
  • сушильні.

По виду використання електроенергії:

  • печі опору;
  • індукційні;
  • дугові;
  • контактні;
  • електронні;
  • інфрачервоні.

За типом нагрівальної камери:

  • камерні печі;
  • щілинні;
  • прохідні;
  • тигельні.

За способом терморегулювання:

  • ручне управління;
  • аналоговi або цифрові терморегулятори;
  • мікропроцесорні програматори нагріву / охолодження [3].

5. Перелік елементів обладнання

Перелік елементів обладнання, які входять до системи:

  • блок управління тиристорами; [4]
  • програмована платформа Arduino;
  • перетворювач інтерфейсу USB–UART;
  • блок індикації;
  • комп’ютер;
  • датчик температури (термопара) [5];
  • оптосімістор.

У проектованої системі, крім автоматичного регулювання температури, необхідно ручне регулювання за допомогою регуляторів (під час налагодження або аварійної ситуації). Також у системі повинен бути присутнім РК-дисплей (4 рядки по 40 символів), який являє собою блок індикації. На дисплеї повинні відображатися наступні рядки:

  • статус роботи печі: вкл / викл;
  • управління піччю: з ПК / зі стенду;
  • режим роботи: нагрівання / охолодження;
  • вибрана програма нагріву.
Структурна схема системи управління

Рисунок 2 – Структурна схема системи управління піччю Таммана
(анімація: 8 кадрів, 18,3 КБ)

Висновки

Запропонована структура електронної системи забезпечує розігрів печі Таммана по заданому закону зміни температури з контролем потужності, що підводиться до печі і температури, з можливістю дистанційного та ручного управління.

Перелік посилань

  1. А. А. Троянский Методические указания к лабораторным работам по курсу Металлургия черных металлов / В. М. Сафонов, А. Н. Смирнов. – Донецк, ДПИ, 1993. – 30 c.
  2. М. И. Колкер Электропечи сопротивления с широтно–импульсным управлением с применением тиристоров.–М.:Энергия, 1977.–104 с.
  3. Классификации промышленных электропечей по различным параметрам [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
    http://istra-vniieto.ru/
  4. Н. Г. Винниченко Твердотельная электроника – Донецк, Доннту, 2008. – 134 c.
  5. В. И. Бойко Схемотехника электронных систем. Аналоговые и импульсные устройства / А. Н. Гуржий, В. Я. Жуйков, А. А. Зори, В. М. Спивак – СПб.: БХВ–Петербург, 2004. – 496 c.
  6. Н. Г. Бойко Теория и практика научных исследований / Т. А. Устименко. – Донецк, ДонНТУ, 2009. – 156 c.
  7. А. В. Булашенко Теория электронных и магнитных цепей – Сумы, СумДУ, 2010. – 175 c.
  8. В. И. Бойко Методы анализа и расчета электронных схем / А. В. Вовна, А. А. Зори, В. Д. Коренев – Донецк: ГВУЗ ДонНТУ, 2011. – 326 с.
  9. Д. С. Гурлев Справочник по электронным приборам / 1974. – 512 с.
  10. Б. В. Тарабрин Интегральные микросхемы / Л. Ф. Лунин, Ю. Н. Смирнов и др. / Радио и связь, 1983. – 528 с.
  11. В. П. Миловзоров Электромагнитные устройства автоматики – 1985.