基于物联网的热处理智能节能技术

【摘要】：金属材料热处理技术是机械制造的重要工序。热处理工艺是提高金属零件性能、挖掘材料潜力的关键技术。热处理是机械制造行业能耗大户,我国的热处理生产中,因生产装备及工艺落后、生产过程管理粗化等原因造成能源消耗大、效率低,成为节能减排的瓶颈,严重制约着我国热处理行业发展。 本文研究在热处理生产中应用现代信息技术,将先进的物联网技术与热处理技术相结合,开发热处理智能系统,实现热处理节能减排。首先通过分析热处理原理、工艺,研究影响热处理能耗的因素,然后从热处理工艺精确控制、生产过程精益化管理等方面研究节能途径,最后开发基于物联网的热处理智能系统实现热处理智能管控,从而达到节能目标。 热处理的基本原理是通过加热使金属发生相变,然后控制其冷却过程得到适当的金相组织从而得到相应的性能,因此加热是热处理的主要能耗环节。本文主要研究从两方面实现节能。(1)通过对热处理加热中金属相变、扩散、热应力等过程和现象的理论分析,建立了真空热处理和多用炉的热处理加热数学模型,计算加热温度——时间曲线参数,在保证能获得良好的热处理质量和设备安全的情况下,减少工件热处理加热能量消耗。关键技术是依据加热温度——时间曲线,依靠智能控制系统动态调整加热温度,取代传统的保温温度——时间的控制方式。(2)通过物联网技术对热处理生产过程进行精益化管理,科学排产和拼炉作业,提高效率和充分利用设备余热,进一步实现节能。 基于物联网的热处理智能系统由三个模块组成。(1)实时测控子系统,是以KingView6.55组态软件为平台,对生产过程的设备、工艺过程和参数进行实时监控,并通过数据库系统和智能系统的执行层进行数据交换,具有灵活组态、开发效率高、易于扩展的优点。(2)生产管理子系统以SQL2005数据库为平台,以PHP.NET为编程语言实现系统功能。生产管理子系统主要是针对热处理生产中单件、多品种、小批量、加工过程跨设备、跨劳动班组等因素造成的管理难题,基于RFID标识对热处理加工件进行在线生产与库存跟踪,实现生产执行单元的各个层次得到合理的协同,解决热处理工件生产、管理、物流如何实现精益化的问题。(3)数字视频监控子系统,对重要生产场所、设备和工件以及操作过程进行实时监控和录像,以便现场管理和责任追溯。智能系统以物联网模式对三个子系统网络互联和数据融合,实现了数据共享。本文设计的热处理智能系统已经在工厂投入使用,并依靠本系统,提升了整个工厂的节能和管理水平,获得了良好的经济效益。 【关键词】：物联网 组态王 工艺优化 智能控制 RFID标识
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG156;TK018
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• Contents10-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 课题的研究背景12-13
• 1.2 物联网技术在热处理行业的应用13-14
• 1.3 热处理信息化及节能减排的国内外现状14-16
• 1.4 课题来源16-17
• 1.5 论文研究的主要内容17-19
• 第二章 热处理节能工艺的理论基础19-29
• 2.1 奥氏体组织的简介19-21
• 2.2 钢的加热转变过程21-22
• 2.3 钢材临界点的确定22-24
• 2.4 加热温度的确定24-25
• 2.5 钢材加热速度的确定25-27
• 2.5.1 允许的加热速度26-27
• 2.5.2 技术上可能的加热速度27
• 2.6 钢材加热时间的确定27-28
• 2.7 钢材加热设备的选择28
• 2.8 本章小结28-29
• 第三章 热处理节能途径的分析29-40
• 3.1 改造热处理设备的节能途径29-31
• 3.1.1 炉衬厚度的计算29-31
• 3.1.2 炉衬材料的选择31
• 3.2 加强能源管理的节能途径31-32
• 3.3 热处理工艺优化的节能途径32-38
• 3.3.1 零保温热处理33
• 3.3.2 快速加热33-35
• 3.3.3 基于物联网的动态工艺控制35-38
• 3.4 几种热处理节能途径效果的对比38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 热处理节能工艺的数学模型40-48
• 4.1 工件加热过程中的传热分析40-44
• 4.2 工件加热过程的数学模型44-46
• 4.3 工件加热时间的数学模型46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 基于物联网的热处理智能系统与热处理节能48-67
• 5.1 实时测控子系统48-57
• 5.1.1 现场级集散控制系统50-52
• 5.1.2 中央控制系统52-55
• 5.1.3 远程控制系统55-57
• 5.2 动态工艺控制的实现57-58
• 5.3 生产管理子系统58-63
• 5.3.1 RFID管理61-62
• 5.3.2 生产调度管理62-63
• 5.4 视频监控子系统63-64
• 5.5 基于物联网的系统功能融合64-65
• 5.6 系统应用效果分析65-66
• 5.7 本章小结66-67
• 结论与展望67-69
• 参考文献69-72
• 攻读学位期间发表的论文及其他科研成果72-74
• 致谢74

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