有色金属冶炼炉温度监控系统研究与设计

摘要

温度是工业控制中的一项重要参数之一，在一些重型企业如冶金、炼钢、石油、化工等行业中广泛使用的冶炼炉、热处理炉等均是需要进行温度控制的设备，对温度进行精密的控制来保证出料的质量。冶炼炉温度控制的好坏不仅影响产品的质量而且影响生产的效率。由于冶炼炉的温度控制系统具有滞后现象严重、且大惯性的性质，所以这对研究炉内温度控制建立数学模型增加了难度。随着科技的发展，炉型也在改进，真空冶炼炉相比常规冶炼炉更能使金属加热到更高温度，可以加热一些熔点更高的金属，使完全熔融；且加热环境在真空情况下使得加热更加稳定。炉内温度控制随着近些年发展起来的模糊控制理论而有了控制上的优化进步，模糊控制理论由于其鲁棒性好、且无需被控对象的数学模型以及快速响应的优点，使得它在工控领域被越来愈多的广泛应用起来。本文先分别介绍了传统PID控制和模糊控制后发现，二者均存在着各自的优缺点，把二者结合后的模糊PID控制器实现了二者的优势互补，应用到真空冶炼炉的控制系统中可以对控制系统发挥它的控制效果。本文选用的真空冶炼炉温度控制系统是一阶惯性滞后的模型，对系统进行分析后得到传递函数，在传递函数的基础上对系统进行仿真研究。
　　冶炼炉温度控制系统传统的以仪器仪表对其进行控制，控制精度不高、加热时间长、具有超调且不稳定的性质，同时这种方法也会加速器件的老化，经济效益不高。模糊控制系统的鲁棒性是表现在控制系统的动态性能上的，系统的动态性能的改善可以由模糊控制在偏离工作点较远的地方就可以进行控制，PID控制则是在距离工作点较近的地方有很好的线性控制性能，综合以上两种控制方法的优点设计出了更加智能化的模糊PID控制系统。
　　依据真空冶炼炉的内部结构和工艺特点，本文选用的控制器是PLC，选用PLC并结合模糊PID控制算法对控制系统进行自动化控制，这套自动化控制系统可以明显缩短上升时间、减小超调量和稳态误差，最后使温度值稳定在设定值。利用MPI总线将生产现场的多台冶炼设备组成控制网，通过上位机实现对每台冶炼炉的单独控制，不仅可以提高产品的生产效率和质量，而且可以实现生产车间的自动化控制和系统集成度。本文就对其中一台冶炼炉的温度控制系统进行研究，其余炉子的控制均与其相同。

目录

声明

引言

1.1选题的背景和意义

1.2真空炉的研究现状

1.3本文研究的主要内容

1 真空冶炼介绍

1.1 真空冶炼炉的结构

1.2真空冶炼工艺与控制要求

1.3加热体（硅碳棒）介绍

1.4真空冶炼炉内热量传输形式

1.5本章小结

2真空冶炼炉控制系统的硬件设计

2.1压力采集变送部分

2.2温度控制系统的框架与工作原理

2.3温度采集与变送模块

2.4驱动控制模块

2.5控制器的选择

2.6报警电路

2.7本章小结

3.1模糊控制理论

3.2 PID控制理论

3.3模糊PID控制器

3.4 控制器仿真比较分析

3.5本章小结

4真空冶炼炉控制系统的软件设计

4.1控制程序的设计

4.2上、下位机通信连接

4.4上位机与PLC连接

4.3 PLC编程介绍

4.4上位机监控组态设计

4.5本章小结

结论

参考文献

附录A

在学研究成果

致谢