Реферат по теме выпускной работы
Содержание
- Введение
- 1. Актуальность темы
- 2. Цель и задачи исследования
- 3. Анализ работы электропечей
- 4. Классификация электропечей
- 5. Перечень элементов оборудования
- Выводы
- Список источников
Введение
Печи сопротивления типа Таммана широко применяют в металлургии для выполнения разнообразных исследовательских работ. На металлургическом факультете ДонНТУ печь Таммана используется в качестве учебно–опытного стенда для выполнения лабораторных и исследовательских работ студентами, аспирантами и преподавателями. Печь позволяет проводить ряд технологических процедур, таких, например, как легирования стали [1].
На данный момент актуальной является задача повышения уровня автоматизации данного лабораторного стенда. Стоит задача разработки электронной системы контроля и управления печью Таммана на базе микроконтроллера, которая позволит управлять данной печной установкой с помощью компьютера, что значительно повысит эффективность проведения исследовательских работ на данной установке и достоверность получаемых результатов.
1. Актуальность темы
Повышение уровня автоматизации электрических печей сопротивления получило в настоящее время значительное развитие. Это связано, с одной стороны, с обработкой в них современных материалов, для которых требуются режимы со сложными графиками изменения температуры и высокой точностью её поддержания, непрерывным контролем и регулированием температуры в ходе процесса, с другой – жёсткими требованиями к экономичности эксплуатации печей, а также стремлением к сокращению применения рабочей силы при обслуживании оборудования.
2. Цель и задачи исследования
Электронная система должна обеспечивать плавный разогрев печи по заданному закону изменения температуры с постоянным контролем мощности, подводимой к печи и температуры внутри неё. Текущие значения контролируемых параметров должны регистрироваться и отображаться в удобном для оператора виде на компьютере. При этом необходимо реализовать 2 способа управления печью:
- Удаленное управление с помощью компьютера.
- Непосредственное ручное управление вблизи от печи.
3. Анализ работы электропечей
Принцип работы электропечных установок (ЭПУ) основан на преобразовании электрической энергии в тепловую. В соответствии с законом Джоуля – Ленца, количество тепла, выделившееся в проводнике пропорционально квадрату силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока:
Подбирая определенные материалы с известным сопротивлением, и соответствующий источник электрического тока можно получить достаточную мощность для расплавления металлов.
Электрические печи сопротивления делятся на печи косвенного действия, в которых электрический ток протекает по нагревательным элементам, выделяя в них теплоту, передающуюся нагреваемым изделиям излучением, конвекцией (вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками.), теплопроводностью, и на печи прямого действия (установки электроконтактного нагрева), в которых ток протекает непосредственно через нагреваемые тела, благодаря чему в них выделяется теплота. В вакуумных печах теплопередача осуществляется только излучением; в большинстве же печей косвенного действия теплопередача осуществляется одновременно излучением и конвекцией, при этом в печах с температурой выше 700 °С преобладает излучение, в низкотемпературных печах и в печах с принудительной циркуляцией атмосферы – конвективная теплопередача. В печах с жидким теплоносителем, в который погружены нагреваемые изделия, теплота передается конвекцией и теплопроводностью. В этих печах сам жидкий теплоноситель может нагреваться благодаря протекающему через него току или от нагревательных элементов, погруженных в жидкость (ванны с внутренним обогревом) или находящихся за тиглем с жидкостью (ванны с внешним обогревом) [2].
В печах прямого нагрева изделия, как правило, имеющие правильную форму сечения (стержни, прутки, проволока), включаются через специальные контакты в электрическую цепь. К этой же группе печей можно отнести стекловаренные печи (в том случае, когда через жидкое стекло протекает ток), электродные водонагреватели, печи для получения карборунда, электрографита. К этой же, по принципу выделения теплоты, группе печей можно отнести печи для электрошлакового переплава.
1 - печь Таммана,
2 - огнеупорная подставка,
3 - графитовый тигель с жидким чугуном,
4 - брикет экзотермической смеси,
5 - механический захват,
6 - кронштейн,
7 - термопара ВР5/20
Рисунок 1 – Структурная схема системы управления печью Таммана
4. Классификация электропечей
По назначению:
- плавильные;
- нагревательные;
- термические;
- обжиговые;
- сушильные.
По виду использования электроэнергии:
- печи сопротивления;
- индукционные;
- дуговые;
- контактные;
- электронные;
- инфракрасные.
По типу нагревательной камеры:
- камерные печи;
- щелевые;
- проходные;
- тигельные.
По способу терморегулирования:
- ручное управление;
- аналоговые или цифровые терморегуляторы;
- микропроцессорные программаторы нагрева/охлаждения [3].
5. Перечень элементов оборудования
Перечень элементов оборудования, входящих в систему:
- блок управления тиристорами [4];
- программируемая платформа Arduino;
- преобразователь интерфейса USB–UART;
- блок индикации;
- компьютер;
- датчик температуры(термопара) [5];
- оптосимистор .
В проектируемой системе, помимо автоматического регулирования температуры, необходимо ручное регулирование с помощью регуляторов (во время наладки или аварийной ситуации). Также в системе должен присутствовать ЖКИ-дисплей (4 строки по 40 символов), который представляет собой блок индикации. На дисплее должны отображаться следующие строки:
- статус работы печи: вкл/выкл;
- управление печью: с ПК/со стенда;
- режим работы: нагрев/охлаждение;
- выбранная программа нагрева.
Рисунок 2 – Структурная схема системы управления печью Таммана
(анимация:8 кадров, 18,3 КБ)
Выводы
Предложенная структура электронной системы обеспечивает разогрев печи Таммана по заданному закону изменения температуры с контролем подводимой к печи мощности и температуры, с возможностью дистанционного и ручного управления.
Список источников
- А. А. Троянский Методические указания к лабораторным работам по курсу
Металлургия черных металлов
/ В. М. Сафонов, А. Н. Смирнов. – Донецк, ДПИ, 1993. – 30 c. - М. И. Колкер Электропечи сопротивления с широтно–импульсным управлением с применением тиристоров.–М.:Энергия, 1977.–104 с.
- Классификации промышленных электропечей по различным параметрам [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://istra-vniieto.ru/ - Н. Г. Винниченко Твердотельная электроника – Донецк, Доннту, 2008. – 134 c.
- 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.
- Н. Г. Бойко Теория и практика научных исследований / Т. А. Устименко. – Донецк, ДонНТУ, 2009. – 156 c.
- А. В. Булашенко Теория электронных и магнитных цепей – Сумы, СумДУ, 2010. – 175 c.
- В. И. Бойко Методы анализа и расчета электронных схем / А. В. Вовна, А. А. Зори, В. Д. Коренев – Донецк: ГВУЗ
ДонНТУ
, 2011. – 326 с. - Д. С. Гурлев Справочник по электронным приборам / 1974. – 512 с.
- Б. В. Тарабрин Интегральные микросхемы / Л. Ф. Лунин, Ю. Н. Смирнов и др. / Радио и связь, 1983. – 528 с.
- В. П. Миловзоров Электромагнитные устройства автоматики – 1985.