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电熔镁砂是一种熔点高、抗氧化性和抗渣性强的高级耐火材料,被广泛用于航空航天、核工业、冶金等领域。在电熔镁砂的熔炼过程中,生产环境恶劣,外界扰动频繁,传统的手工操作难以实现可靠控制。PLC控制器的应用将自动控制引入到电熔镁炉熔炼过程中,但其梯形图编程方式很难实现先进控制理论中提出的复杂控制算法,嵌入式控制器的普及与应用为这一难题提供了良好的解决方案。 嵌入式控制器相对于PLC具备更强的处理能力和更丰富的功能,专用的嵌入式操作系统在其中扮演着重要的角色。为了保证控制效果的可靠性,嵌入式操作系统普遍要求具备实时性,为了方便用户开发,满足不同应用需求,控制器厂商都会为用户提供配套开发工具,实现算法开发与监视功能。这些技术对于对于实现电熔镁炉的有效控制、提升控制效果有着非常重要的作用,但其核心技术一直被国外设备制造商垄断,昂贵的价格和闭源的特点阻碍了嵌入式控制器在这类成本控制严格的系统中被采纳使用。 本文在国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“复杂生产制造过程一体化控制系统理论和技术基础研究”的支持下,利用Linux操作系统的开源优势,完成了电熔镁炉控制系统专用嵌入式操作系统的设计与开发,并在工业现场进行了应用验证,主要工作归纳如下: (1)深入研究了利用RTAI进行标准Linux操作系统实时化改造的原理和机制,完成实时系统搭建和系统软件裁剪; (2)总结三种RTAI机制下设计开发硬件设备驱动的方案,利用LXRT扩展机制完成电熔镁炉控制器数据采集卡驱动的开发; (3)结合电熔镁炉控制需求,设计了电熔镁炉专用图形界面,采用Qt/Embedded软件框架开发,实现熔炼过程监视功能; (4)对电熔镁炉专用嵌入式操作系统进行了详细的功能测试并完成工业现场应用验证。