真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制系统研究

摘要

真空自耗电弧炉是钛及其合金等稀有金属冶炼的重要设备，稳弧搅拌控制系统改善铸锭的质量，其工艺参数的控制对铸锭质量有直接影响。因此，研究真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制系统具有十分重要的意义。
　　本文首先介绍了真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制系统的组成和特点，分析电弧炉在起弧阶段、熔炼阶段和补缩阶段三个不同阶段稳弧搅拌系统的工艺特点，并提出系统控制需求。通过分析铸锭与稳弧搅拌电流的关联关系，建立SQL SEVER数据库，实现了稳弧搅拌电流的自动匹配与设定;在此基础上，针对熔炼过程中钛元素的导磁影响，分析外加纵向磁场及炉内温度场，得出稳弧搅拌电流二阶控制模型，并设计基于Fuzzy-PID控制的稳弧搅拌控制策略。采用Profibus-DP和工业以太网的多总线结构，设计了工控机（IPC）+PLC+智能仪表的集散控制系统，对熔炼过程进行自动检测与控制;通过上位组态软件开发系统人机界面，实现稳弧搅拌控制过程中的工况显示、数据显示与设定、工艺曲线、报警等功能，提高系统的可操作性。真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制系统实际运行情况和数据分析表明，该控制系统对稳弧搅拌电流的稳定、精确控制以及改善铸锭结晶有显著效果，实现了稳弧搅拌电流正、反方向快速换向，对金属熔池均匀搅拌，使铸锭晶粒细化，改善合金化条件，提升改进了真空自耗电弧炉系统，具有推广价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的目的与意义

1．2 稳弧搅拌控制的国内外发展现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 课题来源

1．4 论文主要内容与结构

第二章 真空白耗电弧炉稳弧搅拌工艺及控制要求

2．1 真空自耗电弧炉熔炼原理与组成

2．1．1 熔炼原理

2．1．2 真空自耗电弧炉组成

2．2 稳弧搅拌控制系统组成与工艺分析

2．2．1 控制系统组成与特点

2．2．2 控制系统熔炼工艺

2．3 真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制需求

2．3．1 系统控制需求

2．3．2 系统功能需求

2．4 本章小结

第三章 真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制策略研究

3．1 稳弧搅拌外加纵向磁场分析

3．1．1 熔炼电弧分析

3．1．2 稳弧搅拌磁场分析

3．1．3 温度场分析

3．2 稳弧搅拌控制模型分析与建立

3．2．1 铸锭与稳弧搅拌参数关联模型分析

3．2．2 稳弧搅拌控制模型分析

3．3 真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制策略

3．3．1 常规PID控制

3．3．2 模糊控制理论

3．3．3 真空自耗电弧炉稳弧搅拌Fuzzy-PID控制

3．4 本章小结

第四章 真空白耗电弧炉稳弧搅拌控制系统硬件设计

4．1 现场总线

4．1．1 现场总线结构

4．1．1 Profibus现场总线

4．1．2 工业以太网

4．1．3 RS485总线

4．2 基于多总线的稳弧搅拌控制硬件构成

4．2．1 系统整体方案

4．2．2 控制系统硬件构成

4．2．3 系统硬件配置选型

4．3 控制系统I／O点

4．4 本章小结

第五章 真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制系统软件设计

5．1 稳弧搅拌控制系统软件架构

5．2 人机界面设计

5．2．1 登陆界面

5．2．2 系统工况图

5．2．3 稳弧搅拌参数设定界面

5．2．4 曲线显示界面

5．2．5 报警界面

5．3 数据采集与控制

5．4 稳弧搅拌参数的关联关系实现

5．4．1 SQL SEVER

5．4．2 组态王中电流关联选择的SQL实现

5．5 稳弧搅拌控制算法实现

5．5．1 OPC技术

5．5．2 组态王中控制算法的OPC实现

5．5．3 基于OPC的数据交换程序设计

5．5．4 稳弧搅拌控制程序设计

5．5．5 Fuzzy-PID算法程序设计

5．6 本章小结

第六章 系统调试与运行

6．1 调试阶段

6．2 硬件调试

6．3 软件调试

6．4 试运行及结果分析

6．4．1 系统试运行

6．4．2 运行结果分析

6．5 本章小结

第七章 结论

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文