电瓷烧成自动测控系统的设计
10页1、电瓷烧成自动测控系统的设计 冯金冰 刘利宏 淮安信息职业技术学院 摘 要: 烧成是制造陶瓷最重要的工序之一。为了保证产品质量和成品率, 在该工序中必须遵循特定的烧成制度。以单片机 MSP430F149 为核心, 按照梭式窑电瓷烧成制度, 设计了自动测控系统, 通过在不同烧成阶段的变温跟踪控制、氧化或还原气氛控制和压力控制, 实现了烧成过程的自动化。关键词: 烧成; 变温控制; 单片机; 作者简介:冯金冰 (1980) , 男, 讲师, 硕士, 主要从事数控维修、自动化与智能控制领域的科研与教学工作。收稿日期:2017-06Design of Automatic Measurement and Control System for the Electroceramics FiringFENG Jin-bing LIU Li-hong Huaian College of Information Technology; Abstract: Firing is one of the most important processes in manufacturing ceramic. In or
2、der to guarantee the quality and rate of finished products, specific firing rules must be followed in the process. In this paper, an automatic measurement and control system is designed according to the shuttle kiln electroceramics firing rules by using MSP430 F149 as MCU. The system realizes the automatic control of fire process through variable temperature tracking control, oxidizing or reducing atmosphere control and pressure control in the different firing stages.Keyword: firing; variable te
3、mperature control; MCU; Received: 2017-060 引言以一定的热处理手段, 使瓷坯在特定条件下发生物理化学反应, 最终成为体积固定并具有特定性能的陶瓷制品的过程 (工序) 称为烧成。烧成过程中坯体往往经历着脱水、有机质挥发、燃烧、碳酸盐分解、矿物组成的形成、致密化和显微结构的形成等一系列复杂的物理化学变化过程, 是制造陶瓷最重要的工序之一。陶瓷在烧成过程中窑炉内各时间段的温度、升温速度应随着烧成进程做相应改变;为了化学反应的需要还要营造氧化或还原的气氛;为使物理化学变化正常进行, 还要具备相应的压力条件, 这三者分别称为温度制度、气氛制度和压力制度, 三个制度统称为烧成制度。不同类别的陶瓷制品因原料、工艺不同, 烧成制度特别是温度制度也不同。电工陶瓷 (电瓷) 是陶瓷业中的一个重要类别, 本文以电瓷在梭式窑中烧成为例论述自动测控系统的设计。1 烧成制度电瓷主要应用于电力系统中各种电压等级的输电线路、变电站、电气设备等, 起绝缘和支撑作用, 通常由铝矾土、高岭土、长石等天然矿物为主要原料经高温烧制而成, 其烧成过程大致分成 7 个阶段1, 如表 1 所
4、示。图 1 为电瓷烧成典型温度曲线。表 1 电瓷的典型烧成制度 下载原表 图 1 电瓷烧成典型温度曲线 下载原图2 硬件电路设计图 2 为窑炉装备示意图, 图 3 为硬件电路构成图。以单片机为核心, 输入通道包括窑内温度和压力信号采集、键盘;输出通道包括燃气阀调节、进风口和出气口闸板调节、温度显示等。图 2 窑炉装备示意图 下载原图图 3 硬件电路构成图 下载原图2.1 单片机选型本设计涉及到温度、压力的模拟量检测、温度等信息的显示、燃气阀调节等, 选用 TI 公司生产的 MSP430F149 单片机2, 该型单片机内含 8 通道对外检测的12 位 A/D 转换器 (内含参考电压) ;2 个 16 位定时器 A 和 B;内含 LCD 液晶显示驱动;低功耗;60 KB 片内 FLASH 存储器, 可在线编程。2.2 温度传感器与信号采集陶瓷制造业传统上使用铂铑 10铂 S 型热电偶, 该热电偶灵敏度低, 价格昂贵, 长期使用最高温度为 1 300, 而电瓷需要高温烧成, 最高温度达 1 350, 用在此处寿命会大大缩短。为此, 本设计采用钨铼 (WRe3WRe25) 热电偶, 比铂铑 1
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