中频感应加热炉温度控制技术研究

摘要

中频感应加热炉是机械锻打加工件生产中的常用设备。采用自动控制技术实现金属锻打料加热生产的自动化，对降低劳动强度、提高生产率和产品质量、节能降耗、减少污染等，意义重大。
　　在中频感应加热系统中，加热料的温度高低决定着加热工件的合格与否。如何实现加热料温度的精确控制，是控制系统设计中必须解决的关键技术问题。
　　论文针对加热料的温度控制问题，分析了系统的工艺流程，基于电学、热力学基础理论，逐一剖析了各环节的输入、输出关系，建立了加热炉温度控制系统的传递函数模型，并分析了主要扰动作用对工件温度控制的影响。针对生产工艺对测试的限制问题，提出了模型参数离线辨识的小幅度多步阶跃响应测试方法。系统建模为控制方法的仿真优化建立了必要的基础条件。
　　针对某中频感应加热系统，分析了其测控要求;以PLC和触摸屏作为核心设备，完成了控制系统的总体结构、输入/输出、人机操作界面、温度闭环控制等设计工作，给出了主要的设计细节。系统联调表明，自动上料、出料等动作可靠，运行平稳。测试试验表明温度控制效果较好。
　　所完成的研究工作对中频感应加热炉自动控制有实际应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 感应加热技术的发展状况

1．1．1 感应加热电源技术国内外现状

1．1．2 感应加热温度控制技术国内外现状

1．1．3 影响温度控制效果的主要因素

1．1．4 感应加热技术的发展方向

1．2 论文的主要内容与结构

第二章 中频感应加热系统

2．1 感应加热的基本原理

2．2 中频感应加热系统的结构与工艺流程

2．2．1 中频感应加热系统总体结构

2．2．2 进料系统结构及工艺流程

2．2．3 中频炉系统结构及工艺流程

2．2．4 出料系统结构及工艺流程

2．3 中频感应加热系统的测控要求分析

2．4 本章小结

第三章 中频感应加热温度控制系统模型

3．1 加热炉的常规数学模型

3．1．1 静止工件感应加热的数学模型

3．1．2 考虑移动速度的工件加热数学模型

3．2 中频感应加热温度控制系统组成

3．3 加热炉中频电源和感应线圈的数学模型

3．3．1 中频电源原理及其数学模型

3．3．2 线圈环境温度对加热炉感应线圈电阻的影响

3．3．3 电源输出功率与线圈磁感应强度的关系

3．4 材料加热过程数学模型

3．4．1 磁场强度与材料表面的电涡流

3．4．2 材料的集肤效应与热功率

3．4．3 热传导与材料温升

3．5 被加热材料物理性质随温度变化对模型的影响

3．5．1 材料被加热过程中集肤层温度变化对涡流电阻的影响

3．5．2 涡流电阻的模型简化

3．5．3 被加热材料温度变化对涡流的影响

3．5．4 涡流电阻随温度变化对集肤效应的影响

3．5．5 材料比热随温度变化对材料加热的影响

3．6 中频感应加热炉温度控制系统的数学模型

3．6．1 中频感应加热炉温度控制系统框图

3．6．2 中频感应加热炉温度控制系统的传递函数

3．7 本章小结

第四章 中频感应加热控制系统实现

4．1 中频感应加热控制系统总体结构设计

4．2 中频感应加热控制系统硬件设计

4．2．1 中频感应加热控制系统的硬件组成

4．2．2 中频感应加热控制系统的电气部分主电路设计

4．2．3 中频感应加热控制系统主要元器件选型

4．3 中频感应加热系统控制软件设计

4．3．1 上料部分软件设计

4．3．2 出料部分软件设计

4．4 中频感应加热系统操作界面设计

4．4．1 控制柜操作面板设计

4．4．2 MCGS触摸屏操作面板设计

4．5 中频感应加热PID温度控制系统设计

4．6 中频感应加热温度控制系统的参数辨识与控制参数优化

4．7 中频感应加热PID温度控制系统运行效果分析

4．8 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间所发表的论文