再生铝反射炉智能温控系统研制

摘要

尽管各种铝制品在我国的国民经济建设和国防工业发展过程中起到了巨大作用，但是我国的再生铝技术及产业仍处于技术有待升级与产能有待改造的关键时期。目前，我国大多数再生铝企业是以反射炉作为熔炼炉的中小型企业，普遍存在技术力量薄弱、生产水平低下、设备陈旧老化以及资源管理和协调能力差等问题，企业竞争意识薄弱，不仅浪费资源，而且对环境造成污染。因此，开发廉价、高效、智能的反射炉温度控制系统对我国的再生铝企业及产业具有非常重要的现实意义和一定的社会效益。
　　本文首先综述了反射炉温度控制的主要方法和常用设备，分析了当前反射炉温度控制仪器的技术现状。以宁波某再生铝厂的单室反射炉为受控对象，结合控制理论和企业的具体需求，制定了反射炉智能温度控制系统的主要功能与技术指标，确定了温控系统的总体设计方案，并分析了其中的关键技术和难点，提出了从控制算法、硬件系统和软件系统三个方面进行具体设计的方法。
　　其次，根据对温控系统的功能与结构分析结果，在控制系统中采用PID控制器作为主要的控制规律，并以遗传算法进行PID参数整定。对PID控制器进行了离散化处理，确定了系统的采样周期，重点对遗传算法进行了改进，通过仿真实验对常规PID控制器的控制效果与基于改进遗传算法的PID控制器的控制效果进行对比，结果表明本文设计的改进遗传算法相对常规PID整定方法，具有明显的优势。依据本温控系统的具体使用工况，编制了硬件电路的设计原则及规范，并提出了硬件电路的总体设计方案。按照硬件总体设计方案，确立各硬件模块的具体功能，选型设计了主控芯片、各功能芯片元器件，开发了温度信号的放大调理电路、显示电路、通信接口电路、直流稳压电源电路和各外部接口电路等模块，并遵从PCB设计规范制作了硬件系统电路板。在软件系统开发中，通过建立相应的开发平台,分析系统的功能流程，对主程序、测温程序、定时程序、控制程序等进行了具体模块化分析与设计，完成了软件系统的开发和软硬件联调。
　　论文最后提出了系统的测量精度检验实验方案和控制性能测试方案。根据实验方案进行了系统测量精度实验，分析实验结果，并从实验的仪器安装、方法和步骤等角度阐述了性能测试实验的方案，提出了实验及工程应用注意事项。依据实验结果，结合工程实践，总结了反射炉智能温度控制系统研制过程中的主要工作,并对后续研究工作进行了展望。