基于PLC的真空自耗炉控制系统设计

摘要

钛及其合金作为综合性能非常优秀的新型结构材料大量应用在田防军事、航天航空、仿生材料笱先进科研领域。真空自耗电弧炉重熔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，控翩指标对各类时变参数的变化反应迟钝，系统存在较大滞后，这一方法的控卅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折介绍，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炼及真空设备相关文献，对电弧熔练方法和电弧炉研制的发展历程和应用现状作出简要的介绍：2、对电弧熔炼原理、电弧熔炼工艺及其控制系统组成作出详细的介绍，对真空自耗电弧炉在实际熔炼过程中可能出现的问题给出解决方法：3、由于真空自耗电弧炉控制系统日趋庞杂，传统PID算法的弊端逐渐凸显。作者结合宝钛集团装备科技公司二十多年的设计和实际熔铸经验，利用无模型自适应控制理论的优点，提出一种新的控制思路——基于无模墅自适应的真空自耗电弧炉控制方案并在MATLAB环境下对其进行仿真。

目录

1 绪论

1.1 电弧炉发展历程

1.2 我国真空电弧炉发展现状

1.3 真空自耗电弧炉控制技术发展现状

1.4 本文主要研究内容

2 真空自耗电弧炉的主要结构及工艺

2.1 真空自耗炉的主要组成

2.2 真空自耗电弧炉熔炼的工艺流程

2.2.1 起弧阶段

2.2.2 熔炼阶段

2.2.3 补缩阶段

2.3 真空自耗电弧炉实际操作步骤

2.4 本章小结

3 真空自耗电弧炉的控制系统组成

3.1 真空电弧炉控制系统

3.1.1现场总线（Profibus-DP）通讯系统

3.1.2 操作台控制系统

3.1.3 摄像控制系统

3.1.4 真空系统

3.1.5 冷却水系统

3.1.6 电子称重系统

3.1.7 X-Y电动推杆系统

3.1.8 稳弧直流搅拌系统

3.1.9 电极杆驱动电机伺服控制系统

3.2 真空电弧炉控制要点分析

3.2.1 熔炼电压

3.2.2 熔炼电流

3.2.3 冷却速率

3.2.4 环境质量

3.2.5 电极材料质量

3.3 真空电弧炉控制模型的分析和建立

3.4 真空电弧炉常规PID控制算法

3.5 本章小结

4 基于无模型自适应的真空自耗电弧炉控制器设计及仿真

4.1 无模型控制发展历程

4.2 泛函数模型的建立

4.3 偏伪导数估算方法

4.4 无模型自适应控制律

4.5 无模型自适应控制器的建立

4.6 基于无模型自适应控制的真空自耗电弧炉仿真

4.7 本章小结

5 真空自耗电弧炉的实际应用

5.1 真空自耗电弧炉实际运行情况简介

5.2 真空自耗电弧炉控制系统部分程序介绍

5.3 真空自耗电弧炉实际投运过程可能出现的问题及解决方法

5.3.1 设备正常运行过程中突然停电

5.3.2 设备正常运行过程中突然停水

5.3.3 设备正常运行过程中突然漏气

5.3.4 设备正常运行过程中突然漏水

5.4 本章小结

6 展望与总结

参考文献

致谢

附录A：真空自耗电弧炉成品图

附录B：真空自耗电弧炉调试过程及铸锭成品