基于iFIX的台车式退火炉监控系统设计

论文摘要

台车式退火炉是机械加工和机械制造行业中非常重要的热处理设备,在国内广泛应用。本文是以某汽轮机厂115号台车式退火炉改造项目为背景展开的。该退火炉的控制系统包括台车、炉门、鼓风机、密封放松等电气自动控制系统,燃气压力、助燃空气压力、炉膛温度、炉膛压力等自动测量控制系统和烧嘴燃烧自动控制系统。本文对台车式退火炉的生产工艺过程和控制系统进行了深入研究,根据台车式退火炉的工艺流程和特点,设计了一套软硬件结合的台车式退火炉生产过程监控系统,该监控系统可分为现场执行层、中间控制层和系统管理与监控层。现场执行层主要完成现场仪表与执行机构的控制功能和现场数据的采集。中间控制层为PLC控制站,主要完成基本的逻辑控制功能及实现特殊的控制算法。系统管理与监控层主要由一台装有iFIX组态软件的工业控制计算机(IPC)组成,它与PLC之间通过MPI通讯协议来获取生产过程的数据,动态显示工艺流程、报警画面,从而实现对生产过程的远程监控。在退火炉的工业生产过程中,炉温控制具有非线性、大滞后等特点,这给炉温控制系统的分析与设计带来了许多困难。本文采用有理近似来近似纯滞后环节,结合劳斯判据准则给出了使系统稳定的PID取值范围。通过仿真结果验证了本文采用有理近似方法的正确性及有效性。在系统的设计中,一改以往的传统燃烧控制方式即连续控制方式,而采用脉冲燃烧控制技术,脉冲燃烧控制使用脉宽调制技术,采用间断燃烧的方式,通过调节燃烧时间的占空比(通断比)来实现退火炉的温度控制,具有动态性能好、控制温度波动小、节约燃料等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 台车式退火炉控制系统的研究现状
• 1.2.2 可编程控制器的研究现状
• 1.2.3 组态软件的研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 台车式退火炉的结构及工艺过程
• 2.1 台车式退火炉的结构
• 2.2 台车式退火炉温度均匀性的影响因素
• 2.3 退火炉的工艺过程
• 2.4 台车式退火炉的主要技术性能参数
• 2.5 本章小结
• 第3章 台车式退火炉监控系统的硬件设计
• 3.1 台车式退火炉的生产过程分析
• 3.2 台车式退火炉监控系统的总体方案设计
• 3.2.1 台车式退火炉监控系统的设计原则
• 3.2.2 台车式退火炉监控系统设计方案的研究
• 3.3 台车式退火炉控制系统的组成
• 3.4 台车式退火炉控制系统的各主要模块
• 3.4.1 燃烧控制系统
• 3.4.2 燃气及助燃空气压力控制系统
• 3.4.3 炉门及台车控制系统
• 3.4.4 炉压控制系统
• 3.5 台车式退火炉监控系统硬件配置
• 3.5.1 现场执行层的硬件设计
• 3.5.2 中间控制层的硬件设计
• 3.5.3 系统管理与监控层的硬件设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统中间控制层的软件设计
• 4.1 STEP 7 编程软件中的硬件组态
• 4.2 程序的总体结构设计
• 4.3 退火炉温度控制器的实现
• 4.3.1 有理近似算法
• 4.3.2 PID 控制器的参数整定方法分析
• 4.3.3 仿真结果及分析
• 4.3.4 PLC 非线性映射表
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统管理与监控层的软件设计
• 5.1 iFIX 组态软件概述
• 5.2 监控系统上位机程序设计及其实现
• 5.2.1 系统软件配置
• 5.2.2 iFIX 组态软件的配置
• 5.2.3 监控画面的设计
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢