基于多总线技术管材真空退火炉监控系统研究

论文摘要

钛及钛合金管材作为稀有金属材料中的重要产品,被广泛应用于精密机械制造业、航空航天以及国防工业等领域。真空退火炉是稀有金属管材生产过程中的主要热处理生产设备,为了提高稀有金属管材真空退火设备的生产效率、改善产品质量,本课题设计了基于多总线技术的稀有金属管材真空退火炉监控系统。本课题对稀有金属管材真空炉退火工艺和生产设备进行了控制需求分析,针对真空退火温度具有大滞后、强耦合、非线性的特点,采用基于自适应免疫遗传算法的变参数PID控制策略；依据稀有金属管材真空退火炉设备的特点,采用PROFIBUS.总线与RS-485总线技术相结合组建监控系统的网络结构,构成了以工业控制计算机为上位机,智能仪表和PLC为下位机的集散控制系统；上位机监控软件以北京亚控组态软件KingVIEW6.53为开发设计平台,实现了管材真空退火炉生产过程中的数据显示、人机界面操作和对整个工艺、监控系统的管理。过程控制依据真空退火设备的控制要求,通过西门子step7软件编写了控制程序,实现了生产过程的自动检测与控制。现场的设备调试与实际生产运行表明,该监控系统实现了对稀有金属管材真空退火炉生产过程中的真空度、退火温度和温度均匀性的精确控制,在冶金行业具有广阔的应用前景。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 课题的研究意义

1.2 课题的来源

1.3 真空退火炉监控系统的国内外发展状况

1.3.1 国外真空退火炉监控系统的发展状况

1.3.2 国内真空退火炉监控系统的发展状况

1.4 课题的研究内容和论文结构

1.4.1 研究内容

1.4.2 论文结构

1.5 本章小结

第二章稀有金属管材真空退火炉的工艺及控制需求分析

2.1 稀有金属管材真空退火工艺及生产过程

2.2 稀有金属管材真空退火生产设备及生产过程介绍

2.2.1 稀有金属管材真空退火炉

2.2.2 稀有金属管材真空退火炉生产过程

2.2.3 稀有金属管材真空退火炉生产过程主要控制指标

2.4 稀有金属管材真空退火炉控制需求分析

2.5 本章小结

第三章稀有金属管材真空退火炉监控系统方案设计

3.1 现场总线技术概述

3.2 PROFIBUS总线技术

3.2.1 PROFIBUS概述

3.2.2 PROFIBUS协议类型的分类

3.2.3 PROFIBUS的协议结构

3.3 RS-485总线技术

3.3.1 串行通信概述

3.3.2 RS-485串行通信

3.4 管材真空退火炉监控系统多总线结构的设计

3.5 管材真空退火炉监控系统的温度控制策略分析

3.5.1 遗传算法

3.5.2 免疫算法

3.5.3 自适应免疫遗传算法

3.6 真空退火炉自适应免疫遗传算法变参数PID控制器的设计

3.7 本章小结

第四章稀有金属管材真空退火炉监控系统硬件实现

4.1 稀有金属管材真空退火炉监控系统多总线结构的实现

4.1.1 监控系统多总线结构的整体方案

4.1.2 PROFIBUS总线结构的实现

4.1.3 RS-485总线结构的实现

4.2 稀有金属管材真空退火炉温度检测与控制

4.2.1 温度检测与控制系统组成

4.2.2 温度检测与控制系统工作原理

4.3 稀有金属管材真空退火炉真空系统控制

4.3.1 真空控制系统组成

4.3.2 真空控制系统工作原理

4.4 稀有金属管材真空退火炉冷却控制

4.4.1 冷却控制系统组成

4.4.2 冷却部分控制系统工作原理

4.5 本章小结

第五章稀有金属管材真空退火炉监控系统软件设计

5.1 稀有金属管材真空退火炉监控系统上位机监控软件实现

5.2 稀有金属管材真空退火炉监控系统过程控制程序设计

5.2.1 监控系统过程控制总体设计

5.2.2 过程控制程序设计

5.3 可编程温度控制仪表Eurotherm 3504在线编程

5.4 本章小结

第六章稀有金属管材真空退火炉监控系统的调试

6.1 调试目的及步骤

6.2 加热系统空载调试及结果分析

6.2.1 空载调试

6.2.2 空载调试结果分析

6.3 加热系统烘炉调试及结果分析

6.3.1 烘炉调试

6.3.2 烘炉调试结果分析

6.4 加热系统带载调试及结果分析

6.4.1 带载调试

6.4.2 带载调试结果分析

6.5 现场退火温度均匀性检测与结果分析

6.6 本章小结

第七章论文总结与课题展望

7.1 论文总结

7.2 课题展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文、专利

研究生期间参加的工程项目

详细摘要

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