基于PLC的真空自耗炉控制系统设计
发布时间：2021-04-09 01:37
钛及其合金作为综合性能非常优秀的新型型结构材料被大虽应用在国防军事、航天航空、仿生材料等先进科研领域。真空自耗电弧炉重焙法是钛行业铸锭过程中最常用的技术手段,其显著优点是高效低耗、铸锭质量佳、控制效果好和操作简单方便。真空自耗电弧炉作为钛及其合金铸锭提纯过程中的核心熔炼设备,其机电系统和控制系统的独立设计和研制具有无比重要的实际意义和应用价值.目前实际工程中真空自耗电弧炉的控制方法以PID控制为主.但真空自耗电弧炉熔炼过程持续时间长,受控对象内部模块间存在复杂且紧密的联系,控制指标对各类时变参数的变化反应迟钝,系统存在较大滞后,这一方法的控制质量始终难以达到理想水平。鉴于此,作者结合受控系统特性,试用无模型控制理论进行熔炼控制并进行仿真实验。通过分析实验结果,进一步证明无模型控制系统在面对非线性时变系统时,相比常规PID控制具有更为出色的控制效果和抗干扰效果,可以较大程度的改善系统控制性能。文章在宝钛集团装备科技公司某3吨真空自耗电弧炉自主设计研制过程中,结合理论知识、工作经验和现场实际对设备研制和投产过程中的各类问题进行分析介绍,现将文章主要工作描述如下:1、大量研读国内外稀有金属冶...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
真空自耗炉的系统组成图
2.2.1 起弧阶段起弧阶段主要是通过电极与结晶器短路，产生弧光放电并形成熔池的过程。具体流程是在自耗电极焊好、真空度低于 3 帕斯卡的条件下，电极杆缓慢下推自耗电极。在空载电压件下，待熔金属与结晶器底部的引弧剂（待熔金属颗粒）接触瞬间短路，发生弧光放电现象自耗电极吸收热辐射，熔化滴落形成熔池。在引弧过程中，电弧的状态难以进行精确控制为保证设备安全，要求熔炼电流的初始取值要小一些，随后缓慢递增（取值范围通常保持1000A 到 5000A 之间）。在这一过程中，弧压会直接对电弧长度产生影响，因此起弧时保证短弧熔炼，电弧电压通常取 20V 到 45V 之间，取值大小与炉室内气体含量、电极质量电弧间隙等因素都有关系。由于起弧阶段反应的不稳定性，所以引弧期间耗时量要尽可能短这样可以减少切头量，减少损耗。2.2.2 熔炼阶段熔炼阶段主要是指引弧期结束后，熔炼过程趋于稳定的中期熔炼过程。熔炼阶段是决图 2-2 真空自耗炉熔炼工艺流程图Fig. 2-2 Process flow chat of the vacuum arc remelting furnace
结合用户需求考虑，本次电弧炉控制系统的核心选用高性能的西门子 S7-300 系列数据采集和设备控制。在实际工程中，控制网络多选择工业以太网或者 RS485 本次研制的电弧炉控制系统的通讯方式利用 Profibus-DP 实现，系统的上位机监子公司经典过程监视软件 Windows Control Center，实现各类西门子产品的高效3]，S7-300 PLC 模块组成见图 3-2。控制台 上位机冷却系统电子称重系统X-Y 电动推杆系统稳弧直流搅拌系统电极杆驱动电机伺服系统摄像控制系统真空系统PLC图 3-1 控制系统组成图Fig.3-1 The structure of control system
【参考文献】：
期刊论文
[1]西门子PLC控制网络的配置策略与应用探讨[J]. 胡江. 山东工业技术. 2019(07)
[2]有色金属真空冶金技术的开发和应用[J]. 张雪冰. 科技创新与应用. 2018(32)
[3]大吨位双炉室真空自耗电弧炉的研制[J]. 李会武,彭常户,杜亚宁,张嘉. 钛工业进展. 2018(05)
[4]浅析PROFIBUS-DP特性及规范[J]. 周志敏. 智慧工厂. 2018(10)
[5]大型钛合金熔铸技术——真空电弧凝壳精铸设备进展[J]. 宋青竹,张哲魁,孙足来,鄂东梅. 真空. 2018(05)
[6]钛合金成型方法的研究进展[J]. 李岩,张晓臣,宋美慧,张煜. 黑龙江科学. 2018(09)
[7]钛及钛合金真空自耗熔炼爆炸预警系统研制[J]. 张乃禄,王伟,李伟强,宋涛,韩凯. 钛工业进展. 2018(02)
[8]真空感应熔炼法（VIM）和真空电弧重熔法（VAR）介绍[J]. 张菽浪. 特钢技术. 2017(01)
[9]真空自耗电弧炉及设计优化[J]. 宁皓妍,马贵彪. 真空. 2016(02)
[10]钛及钛合金熔炼技术发展现状[J]. 雷文光,赵永庆,韩栋,毛小南. 材料导报. 2016(05)
硕士论文
[1]真空自耗电弧炉数学模型的实验研究及控制策略[D]. 杨永维.重庆大学 2009
[2]真空自耗电弧炉电极控制系统研究[D]. 葛国秋.重庆大学 2008
本文编号：3126658
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
真空自耗炉的系统组成图
2.2.1 起弧阶段起弧阶段主要是通过电极与结晶器短路，产生弧光放电并形成熔池的过程。具体流程是在自耗电极焊好、真空度低于 3 帕斯卡的条件下，电极杆缓慢下推自耗电极。在空载电压件下，待熔金属与结晶器底部的引弧剂（待熔金属颗粒）接触瞬间短路，发生弧光放电现象自耗电极吸收热辐射，熔化滴落形成熔池。在引弧过程中，电弧的状态难以进行精确控制为保证设备安全，要求熔炼电流的初始取值要小一些，随后缓慢递增（取值范围通常保持1000A 到 5000A 之间）。在这一过程中，弧压会直接对电弧长度产生影响，因此起弧时保证短弧熔炼，电弧电压通常取 20V 到 45V 之间，取值大小与炉室内气体含量、电极质量电弧间隙等因素都有关系。由于起弧阶段反应的不稳定性，所以引弧期间耗时量要尽可能短这样可以减少切头量，减少损耗。2.2.2 熔炼阶段熔炼阶段主要是指引弧期结束后，熔炼过程趋于稳定的中期熔炼过程。熔炼阶段是决图 2-2 真空自耗炉熔炼工艺流程图Fig. 2-2 Process flow chat of the vacuum arc remelting furnace
结合用户需求考虑，本次电弧炉控制系统的核心选用高性能的西门子 S7-300 系列数据采集和设备控制。在实际工程中，控制网络多选择工业以太网或者 RS485 本次研制的电弧炉控制系统的通讯方式利用 Profibus-DP 实现，系统的上位机监子公司经典过程监视软件 Windows Control Center，实现各类西门子产品的高效3]，S7-300 PLC 模块组成见图 3-2。控制台 上位机冷却系统电子称重系统X-Y 电动推杆系统稳弧直流搅拌系统电极杆驱动电机伺服系统摄像控制系统真空系统PLC图 3-1 控制系统组成图Fig.3-1 The structure of control system
【参考文献】：
期刊论文
[1]西门子PLC控制网络的配置策略与应用探讨[J]. 胡江. 山东工业技术. 2019(07)
[2]有色金属真空冶金技术的开发和应用[J]. 张雪冰. 科技创新与应用. 2018(32)
[3]大吨位双炉室真空自耗电弧炉的研制[J]. 李会武,彭常户,杜亚宁,张嘉. 钛工业进展. 2018(05)
[4]浅析PROFIBUS-DP特性及规范[J]. 周志敏. 智慧工厂. 2018(10)
[5]大型钛合金熔铸技术——真空电弧凝壳精铸设备进展[J]. 宋青竹,张哲魁,孙足来,鄂东梅. 真空. 2018(05)
[6]钛合金成型方法的研究进展[J]. 李岩,张晓臣,宋美慧,张煜. 黑龙江科学. 2018(09)
[7]钛及钛合金真空自耗熔炼爆炸预警系统研制[J]. 张乃禄,王伟,李伟强,宋涛,韩凯. 钛工业进展. 2018(02)
[8]真空感应熔炼法（VIM）和真空电弧重熔法（VAR）介绍[J]. 张菽浪. 特钢技术. 2017(01)
[9]真空自耗电弧炉及设计优化[J]. 宁皓妍,马贵彪. 真空. 2016(02)
[10]钛及钛合金熔炼技术发展现状[J]. 雷文光,赵永庆,韩栋,毛小南. 材料导报. 2016(05)
硕士论文
[1]真空自耗电弧炉数学模型的实验研究及控制策略[D]. 杨永维.重庆大学 2009
[2]真空自耗电弧炉电极控制系统研究[D]. 葛国秋.重庆大学 2008
本文编号：3126658
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