金属熔炼牵引控制系统研究与设计

发布时间：2020-05-09 17:05

【摘要】：如今,金属熔炼牵引机控制系统大多仍存在着使用寿命短、易损坏、容易误动作、能耗大、成本高、控制精度低、不易操控等诸多缺点,使得铜生产的效率偏低,影响铜棒的质量。近些年,由于科技的的创新与进步,出现了由PLC控制的中频炉温度控制系统以及伺服控制系统。伺服控制系统可以通过频率的改变而实现伺服电机的调速,同时配合PLC实现对伺服电机启/停和正/反转的控制,极大的提高了控制精度和输出响应。因此,本文以铜金属加工为研究对象,完成了基于S7-200 PLC、伺服电机和上位机的铜金属加工熔炼牵引机控制系统的研究与设计。本文首先分析了国内外金属熔炼牵引机控制系统的研究及应用现状以及发展趋势,然后对金属熔炼牵引机控制系统的工作原理及主要装置组成进行分析,完成了金属熔炼牵引机控制系统的总体方案设计。同时,采用基于教与学优化算法的PID控制器对输出响应进行优化控制设计。硬件部分,主要对系统的硬件配置、PLC模块部分进行了硬件设计。硬件配置主要介绍了构成系统的硬件组成,包括PLC及其扩展模块、上位机、各种检测传感器等;PLC模块硬件设计主要介绍了部分控制线路设计,包括CPU模块、AI模块和AO模块的接线设计。软件部分,结合硬件设计,完成了控制系统PLC的程序设计编写和上位机组态设计。根据程序结构框图,依次实现了各功能模块的程序编写。对上位机组态设计,结合PLC控制程序,主要设计了铜金属加工熔炼牵引机控制系统实时监控界面,实现对铜金属加工熔炼牵引机控制系统各个参数、状态及运行情况的监控功能。最后对所设计的铜金属加工熔炼牵引机控制系统进行了调试。经过多次修改完善,最终调试结果表明:系统运行稳定可靠,操控界面简单明了,监控系统能够实时监控铜金属加工熔炼牵引机控制系统的相关数据,达到了预期的设计目标和效果。本文设计的铜金属加工熔炼牵引机控制系统,用西门子S7-200PLC对牵引控制系统进行控制,在不影响铜棒连续生产的情况下,对伺服电机的正/反转、停止和频率与节距进行控制,提高了系统的进度与铜棒的质量,从而最大限度地提高了成材率,为提高铜加工金属的生产质量和生产效率起到了积极的作用,具有一定的实用性和现实意义。
【图文】：

金属熔炼,牵引控制系统,结构示意图

[4]。其结构示意图如图 1.1 所示。图1.1 金属熔炼牵引控制系统结构示意图（1）保温炉：铜加工的熔炉一般采用中频感应炉，它能将铜液保持在一个适合的温度内，以方便牵引机进行拉铸。（2）结晶器：它是保证拉铸质量的关键设备之一。由紫铜水冷套和石墨内模组成。（3）牵引机：牵引机一般采用由伺服控制系统控制的伺服电机来实现。伺服控制系统的主要任务就是实现对牵引机的控制，根据铜棒生产的工艺要求，实现伺服电机的启/停和正/反控制，是系统的一个重要组成部分[5]。（4）双面铣床：它由进给辊和上下铣刀组成。它夹紧带坯匀速给铣刀喂料。（5）卷取机：它将牵引出来的铜棒卷成一盘，同时也能使得牵引系统能顺利的运行。结晶器与伺服电机是金属熔炼控制系统的重要部件，熔炉温度控制系统和牵引控制系统是金属熔炼牵引控制系统的两大组成部分[6]。结晶器两端分别连接着保温炉和水冷系统。铜液流入结晶器并在其中形成原始铸胚。在牵引的过程中必须对铜胚进行暂停或者反推，这样可是使得铜胚厚度增加

示意图,牵引机,方式,示意图

[41]。这种拉胚工艺也是国内牵引机常用的拉坯方式，如图2.2 所示：图 2.2 牵引机拉胚方式示意图图中：T1、T2、T3 为拉坯时间；T4 为停止时间；T5 为推程时间；T6 为停止时间；T 为一个周期所用时间。由上图可知本文拉胚工艺主要分为两点：第一，拉胚完成之后停顿一下反推，可以及时补偿初期坯壳的冷缩量，减小铸坯表面热胀冷缩造成的缺陷；第二，反推之后有较长的停推时间，使热点充分的冷却，使其有较高的强度而不至于被拉伤[42]。在拉坯的过程中合理的选择反推量参数和反推速度参数，，是整个拉坯工艺中的关键。采用不合理的反推量参数和反推速度参数，会使拉胚失败变率高，造成次品率升高。采用合适的反推量参数和反推速度参数，可以有效减小坯壳与结晶器内壁的间隙，提高导热效果和拉坯速度，提高工作效率[43]。2.2.2 反推的机制和作用在弧形连铸拉坯生产工艺中
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG291;TP273

【参考文献】