上海交通大学：《材料制造数字化技术基础 Foundation of Digital Technology for Material Processing》课程教学资源（课件讲稿）第10章 材料制造数字化系统范例

上游充通大学 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 《材料制造数字化技术基础》 Foundation of Digital Technology for Material Processing 第10章材料制造数字化系统范例 100101 001 00101010 )10 1896

«材料制造数字化技术基础» Foundation of Digital Technology for Material Processing 第10章 材料制造数字化系统范例

图 上游充通大学 参考书籍 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 书目 出版社 主编 出版时 间 材料科学与工程中的计算机技术 中国矿业大学 出版社 樊新民 2000 工控机及组态控制技术原理及应 中国电力出版 用（第二版） 社 薛迎成 2011 PLC及电气控制 子工业出版 社 吴亦锋 2012 电气控制与PLC应用技术 机械工业出版 梅丽凤 社 2012

参考书籍 书目 出版社 主编 出版时 间 材料科学与工程中的计算机技术 中国矿业大学 出版社 樊新民 2000 工控机及组态控制技术原理及应 用（第二版） 中国电力出版 社 薛迎成 2011 PLC及电气控制 电子工业出版 社 吴亦锋 2012 电气控制与PLC应用技术 机械工业出版 社 梅丽凤 2012

上游充通大学 内容提要 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 10.1热处理炉温度控制系统 10.2反重力铸造液态成形控制系统 10.3激光熔覆及再制造系统 10.4机器人材料加工系统 10.5基于视觉的焊缝质量离线检测系统

内容提要 10.1 热处理炉温度控制系统 10.2 反重力铸造液态成形控制系统 10.3 激光熔覆及再制造系统 10.4 机器人材料加工系统 10.5 基于视觉的焊缝质量离线检测系统

上游充通大学 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY (案例一) 10.1 热处理炉温度控制系统

（案例一） 10.1 热处理炉温度控制系统

上游充通大学 10.1热处理炉温度控制系统 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 各种热处理加热炉 至：里 上周吹打可以器阳 主王 三E三 TIII 每个加热炉 都有一个温 度控制系统

10.1 热处理炉温度控制系统 各种热处理加热炉 每个加热炉 都有一个温 度控制系统

上游充通大学 10.1热处理炉温度控制条统 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 用计算机可以对热处理中的温度、时间、气氛、压力等 工艺参数以及工序动作实现自动控制。 计算机还可以按给定的最优化工艺数学模型实现工艺过 程的优化。 计算机不仅能实现单炉控制，还能实现群控，实现对生 产过程乃至整个车间的自动控制，计算机正逐渐成为热 处理设备和工艺过程控制中不可缺少的部分。 温度控制是热处理工艺控制中十分重要的环节，不论是 普通热处理，还是化学热处理和真空热处理，温度控制 都是必不可少的。温度控制是一个具有大滞后环节的系 统，因而是较难控制的一个参数

10.1 热处理炉温度控制系统 用计算机可以对热处理中的温度、时间、气氛、压力等 工艺参数以及工序动作实现自动控制。 计算机还可以按给定的最优化工艺数学模型实现工艺过 程的优化。 计算机不仅能实现单炉控制，还能实现群控，实现对生 产过程乃至整个车间的自动控制，计算机正逐渐成为热 处理设备和工艺过程控制中不可缺少的部分。 温度控制是热处理工艺控制中十分重要的环节，不论是 普通热处理，还是化学热处理和真空热处理，温度控制 都是必不可少的。温度控制是一个具有大滞后环节的系 统，因而是较难控制的一个参数

上浒充通大学 10.1热处理炉温度控制条统 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 用计算机对炉温进行控制有以下特点： 构成系统灵活。可以独立集中控制，也可以构成综合 控制系统。 便于集中操作监视各种工艺参数。 可靠性高，调节精度在1%以内，调节灵敏，操作方便。 调节品质好，调节参数范围大，精度高，整定参数方便。 可方便用软件对传感器信号进行抗干扰滤波和非线性 补偿处理

10.1 热处理炉温度控制系统 用计算机对炉温进行控制有以下特点： ① 构成系统灵活。可以独立集中控制，也可以构成综合 控制系统。 ② 便于集中操作监视各种工艺参数。 ③ 可靠性高，调节精度在1%以内，调节灵敏，操作方便。 ④ 调节品质好, 调节参数范围大, 精度高, 整定参数方便。 ⑤ 可方便用软件对传感器信号进行抗干扰滤波和非线性 补偿处理

上游充通大学 10.1热处理炉温度控制条统 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 10.1.1系统组成 打印机 数据图表 AD转换 多路 传感器 选择器 热电偶 状态显示 I/ 工控机 总线接 选通电路 电炉 1~8台 报警 参数设置 位控缓冲器 触发驱动器 控温原件 操作命令 系统主要由：工控机，AD数据采集卡，信号调理模块，热 电偶温度传感器，DA控制卡，控温元件以及一些开关量输入/ 输出I/O卡等组成

10.1 热处理炉温度控制系统 10.1.1 系统组成 电炉 1~8台 工 控 机 状态显示 A/D转换 I/O 总 线 接 口 多路 选择器 传感器 热电偶 选通电路 位控缓冲器 触发驱动器 控温原件 打印机 数据图表 报警 参数设置 操作命令 系统主要由：工控机， AD数据采集卡，信号调理模块，热 电偶温度传感器，DA控制卡, 控温元件以及一些开关量输入/ 输出I/O卡等组成

上游充通大学 10.1热处理炉温度控制条统 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 热电偶 温度信号变送器，将物理量温度信号转化为 电信号（电压） >信号调理模块— 对温度电压信号进行调理，放大，定 标，补偿等便于工控机的标准的AD采集卡可以接收。 >AD模拟数据采集卡— 采集温度电压信号 >DA输出控制卡 输出控制电压或者脉冲信号，便于对 温度进行控制和调节。 >控温模块— 对控制信号进行隔离，放大，驱动等，以 便加热炉温加热元件。 >I/O板卡 输入信号对加热炉的状态进行监控，输出信 号对外部的开关量元件进行输出控制

10.1 热处理炉温度控制系统  热电偶——温度信号变送器，将物理量温度信号转化为 电信号(电压）  信号调理模块——对温度电压信号进行调理，放大，定 标，补偿等便于工控机的标准的AD采集卡可以接收。  AD模拟数据采集卡——采集温度电压信号  DA输出控制卡——输出控制电压或者脉冲信号，便于对 温度进行控制和调节。  控温模块——对控制信号进行隔离，放大，驱动等，以 便加热炉温加热元件。  I/O板卡——输入信号对加热炉的状态进行监控，输出信 号对外部的开关量元件进行输出控制

上浒充通大学 10.1热处理炉温度控制条统 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY > 工控机 系统的控制核心一 负责对加热炉的状态进行监控 实时采集加热炉的炉温。然后根据采集到的炉温与设 定的炉温进行比较，按照一定的闭环控制策略（比如 PD,模糊甚至神经网络等)进行决策，然后通过DA 等控制卡输出控制量，对炉温进行实时控制。 人机交互界面一（1)对系统状态进行实时监控 ,包 括对炉温等数据通过图表的形式反映出来；(2)通过 人机界面实时设定加热炉的各种工艺参数。 监控或群控终端 通过多路AD/DAI/O信号可以实现 多台加热炉的控制，也可通过网络实现多台甚至数台 加热炉的炉温群控和监控

10.1 热处理炉温度控制系统  工控机 • 系统的控制核心——负责对加热炉的状态进行监控， 实时采集加热炉的炉温。然后根据采集到的炉温与设 定的炉温进行比较，按照一定的闭环控制策略（比如 PID，模糊甚至神经网络等）进行决策，然后通过DA 等控制卡输出控制量，对炉温进行实时控制。 • 人机交互界面——（1）对系统状态进行实时监控，包 括对炉温等数据通过图表的形式反映出来；（2）通过 人机界面实时设定加热炉的各种工艺参数。 • 监控或群控终端——通过多路AD/DA I/O信号可以实现 多台加热炉的控制，也可通过网络实现多台甚至数台 加热炉的炉温群控和监控