大型真空退火炉温度及均温性控制研究

论文摘要

真空退火炉是真空热处理生产中应用最广的加热设备,退火炉的炉温动态特性直接影响产品的质量,温度及均温控制的检测是真空退火炉加热最关键性的技术,本课题针对真空退火炉温度及均温控制设计了大型管材真空退火炉温度及均温控制系统。稀有金属管材真空退火炉具有炉腔容积大、加热温区多、各温区间温度扰动大、控温精度要求高、多温区均温性差异大等特点。本课题针对管材真空退火炉温度及均温控制研究,从生产设备及主要技术参数为出发点,提出了针对真空退火炉温度及均温性控制策略。控制策略方面采用变参数自整定模糊PID控制算法实现PID参数的在线优化以及通过使用OPC技术实现各温区温度的局部调整,以达到大型真空退火炉真空度自动控制、炉区温度高精度和多温区高均温性控制的目的。并在实验中建立了一阶惯性纯滞后温度控制数学模型,进行模型辨识。硬件实现上利用工控机（IPC）作为上位机,可编程控制器PLC和可编程温度控制仪表作为下位机,采用多总线结构,构成IPC+PLC+智能仪表温度控制系统。软件方面采用KingVIEW6.53组态软件设计人机界面,将生产过程中的温度及其控制参数等实时数据采集到上位系统,并在上位画面中记录、显示、报警反馈及在线运算。实际生产运行表明系统的设计实现了真空退火炉炉区温度高精度和多温区高均温性控制,对稳定产品质量,降低能耗具有显著的经济和社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题目的及意义
• 1.2 题目的来源
• 1.3 真空退火炉温度及均温性控制的发展历程与应用现状
• 1.3.1 国外的发展历程和应用现状
• 1.3.2 国内的发展历程和应用现状
• 1.4 智能控制算法在温度及均温控制中的应用
• 1.5 论文的主要内容及结构
• 第二章 大型管材真空退火炉温度及均温控制模型分析
• 2.1 管材真空退火炉介绍
• 2.1.1 管材真空退火炉结构及特点
• 2.1.2 真空退火炉主要技术参数
• 2.2 管材真空退火控制需求分析
• 2.3 系统硬件结构设计
• 2.3.1 加热控制硬件组成
• 2.3.2 多总线结构系统组成
• 2.3.3 多总线控制系统的实现
• 2.4 系统模型的建立
• 2.4.1 退火炉温度控制模型的建立
• 2.4.2 温度控制系统辨识
• 2.5 本章小结
• 第三章 大型管材真空退火炉温度及均温性控制策略分析
• 3.1 系统应用理论
• 3.1.1 PID控制基本原理
• 3.1.2 PID参数整定方法
• 3.1.3 模糊控制介绍
• 3.2 真空退火炉温度及均温控制策略分析
• 3.2.1 真空退火炉采用变参数自整定模糊PID控制的可行性
• 3.2.2 真空退火炉温度精确性控制及均温控制实现
• 3.3 本章小结
• 第四章 大型管材真空退火炉温度及均温性控制软件实现
• 4.1 真空退火炉监控软件介绍
• 4.2 真空退火炉监控软件组成
• 4.2.1 系统工况图画面
• 4.2.2 水路系统画面
• 4.2.3 曲线设置画面
• 4.2.4 报警画面
• 4.2.5 温度和真空曲线
• 4.2.6 历史报表画面
• 4.2.7 标温显示画面
• 4.3 温度及均温控制算法软件实现
• 4.3.1 OPC技术介绍
• 4.3.2 Fuzzy-PID控制算法实现
• 4.3.3 控制算法在组态王OPC服务器上的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 温度及均温性控制系统实验与结果分析
• 5.1 空载加热测试分析
• 5.2 烘炉调试分析
• 5.3 系统运行结果及分析
• 5.3.1 真空退火炉温度控制精度测试分析
• 5.3.2 真空退火炉均温测试分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 本文结论
• 6.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文、专利
• 详细摘要