多气氛硬质合金真空烧结炉计算机控制系统研究

摘要

目前我国硬质合金工业产量和在国际市场的流通量均占到全球总量的1/3，但销售额却不及市场总销售额的5％。这其中存在的主要问题之一是国内大多数普通硬质合金真空烧结炉主要采用真空炉温度由智能温控器控制，真空度通常由人工进行手动调节的控制方案，控制品质与产品质量受到操作人员自身因素的制约与影响。 硬质合金真空烧结工艺对炉内温度、压力、气氛有严格的要求。特别是真空炉温度必须按照产品的升温曲线进行控制，跟踪误差和超调量不允许超出偏差范围。由于传热问题的复杂性，真空炉的动态特性具有非线性、时变性和不对称性等特点。因此真空炉的温度控制是真空炉控制系统设计的关键。 本文在多气氛硬质合金真空烧结炉控制系统选择、温度智能控制方案及良好的人机界面三个方面进行了探讨。针对真空炉温控过程具有非线性、时变性和不对称性等特点，论文提出由PLC和智能仪表共同组成模糊-PID复合真空炉温度控制系统，该方案不但可以提高真空炉的温控品质，也由于组成控制系统的设备完全采用标准仪表，系统工作更加可靠性，也便于系统的维护。模糊-PID复合温度控制有效地改善了系统温度的跟踪性能，对减小最大偏差，尤其是减小系统超调量方面效果明显。 论文使用组态软件(组态王)设计了真空烧结炉的上位机监控系统，并为用户提供了良好的人机界面。由工控微机和PLC组成的过程控制系统自动化程度高，生产工艺稳定，可实现真空炉温度、真空度的一体化联锁自动控制，控制效果较好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1硬质合金真空烧结国内外发展现状

1.2硬质合金真空烧结工艺

1.3真空烧结炉控制系统

1.3.1真空烧结炉控制系统常用方案

1.3.2真空烧结炉温度控制

1.4论文的主要研究内容和构成

第2章控制系统总体设计

2.1多气氛硬质合金真空烧结炉工作原理

2.2系统组成及硬件配置

2.2.1控制系统组成框图

2.2.2控制系统硬件构成

2.3系统控制方案设计

2.3.1真空炉温度控制策略

2.3.2真空炉真空度(微正压)控制策略

2.4 小结

第3章真空炉温度模糊-PID复合控制系统设计

3.1模糊-PID控制

3.1.1模糊控制概述

3.1.2模糊-PID控制

3.2多气氛真空炉温度模糊控制器设计

3.2.1 PID控制器参数调整原则

3.2.2多气氛真空炉温度模糊控制器设计

3.2.3比例系数的在线调整

3.3模糊-PID复合控制系统仿真分析

3.4小结

第4章真空烧结炉监控系统设计

4.1组态王监控软件介绍

4.1.1组态监控软件概述

4.1.2组态王软件的组成

4.1.3组态王软件的组态开发过程

4.2真空烧结炉组态监控系统设计

4.2.1监控系统的功能

4.2.2添加并配置I/O设备

4.2.3真空炉监控系统界面

4.3 小结

第5章下位机PLC控制系统设计

5.1 PLC控制电路设计

5.1.1西门子S7-200简介

5.1.2模拟信号扩展模块

5.1.3 PLC控制电路

5.2 S7-226的自由口通信应用

5.2.1西门子S7-226自由口通信简介

5.2.2 RS-485总线

5.2.3 FP93通信协议

5.3 PLC控制程序设计

5.3.1主程序

5.3.2中断子程序

5.4系统运行结果分析

5.5小结

第6章结论和展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果