31m大型立式挤压淬火炉温度智能控制系统

摘要

高强度铝合金是生产航天、航空飞行器的蒙皮、大梁、机翼等受力构件的主要材料.在高强度铝合金的生产过程中淬火是其最重要的热处理工序之一.淬火炉温度控制的精度直接影响到锻件的质量,影响锻件后续工序的进行.对于大型淬火炉这种大时间常数多输入、多输出、强耦合的非线性系统,很难建立控制对象的精确数学解析模型.事实证明,基于精确数学模型的双闭环PID控制系统和预测控制等算法都达不到要求的炉温控制精度,其超调量甚至高达3﹪以上,无法满足大型航空锻件热处理要求.针对被控对象的特点,本文提出了采用工控机(或触摸屏)和PLC两级计算机控制系统方案,通过对淬火炉内温度场分布情况的分析和计算,建立了被控对象的数值分析模型,较准确地掌握炉内温度场分布情况,用以优化温度控制系统的参数.在此基础上引入模糊控制算法,并充分吸收专家经验,提出了一种基于温度场的智能模糊PID控制算法.通过精确计算电热元件的占空比,采用脉冲宽度调制(PWM)方法,经PLC调节各调功柜输出功率,从而实现对淬火炉温度的精确控制.本系统已经投入工厂运行,实际运行结果表明:系统硬件设计合理,软件功能完善,操作、维护方便,运行可靠,控制精度高,完全满足低超调快速升温、精确保温、温度分布均匀的生产工艺要求,提高了铝材产品的性能和产量.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题的来源及意义

1.1.1淬火工艺及淬火炉

1.1.2课题的来源及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国内外热处理炉计算机控制系统的发展

1.2.2智能控制算法在温度控制中的应用

1.3模糊控制理论简介

1.3.1模糊控制理论发展概述

1.3.2模糊控制的基本思想

1.3.3模糊控制的特点与不足

1.4课题的研究方法

1.4.1两级计算机控制系统

1.4.2基于温度场的智能模糊PID控制算法

第二章淬火炉温度控制系统硬件设计

2.1淬火炉结构

2.2控制系统初步设计

2.3电气柜和功能柜的设计

2.4主要硬件

2.5控制系统硬件结构及系统实现

2.5.1系统整体结构

2.5.2触摸屏、工控机和PLC三者的通讯

2.6小结

第三章淬火炉温度控制系统软件设计

3.1上位机软件设计

3.2触摸屏的组态

3.2.1组态软件介绍

3.2.2组态软件的使用

3.3 PLC编程

3.3.1 Step7组态

3.3.2数据采集及滤波

3.3.3 PLC采样的温度补偿

3.3.4 PLC联锁与协调控制

3.4小结

第四章淬火炉温度智能控制算法

4.1炉内温度场的数值计算

4.1.1传热基础

4.1.2简化的离散化模型

4.1.3参变量的确定

4.2智能模糊PID控制

4.2.1系统温度分段控制

4.2.2智能模糊PID控制

4.3 PLC算法实现

4.4控制效果

4.5小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2进一步研究工作

参考文献

致谢