退火炉温度控制系统

本科生课程设计题目：退火炉温度控制系统课程：电力拖动自动控制系统专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：完成日期：2015年3月20日1任务书一、课程设计的目的通过电力拖动自动控制系统的设计、了解一般交直流调速系统设计过程及设计要求，并巩固交直流调速系统课程的所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力。为今后从事技术工作打下必要的基础。二、课程设计的要求1、熟悉交直流调速系统设计的一般设计原则，设计内容以及设计程序的要求。2、掌握控制系统设计制图的基本规范，熟练掌握电气控制部分的新图标。3、学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据。4、培养独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。三、课程设计的内容退火炉温度控制系统由一台上位机操作台、一台SIEMENSS7-200PLC控制柜、一台变频器控制柜，3台风机，3台水煤浆输送泵组成。加热段的三个炉段，各段于炉顶设一支热电偶，根据热电偶采集的炉温信号，与设定值比较，经PID计算后输出控制信号变频器调节水煤浆流量，改变烧嘴的输出功率，实现温度自动控制。同时根据助燃风量的改变及空/燃比例阀的配比，手动调节助燃风流量燃气的流量，实现最佳空/燃配比。四、进度安排：共1.5周本课程设计时间共1.5周，进度安排如下：1、设计准备，熟悉有关设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1.5天）2、分析控制要求、控制原理设计控制方案（1.5天）3、绘制控制原理图、控制流程图、端子接线图。（2天）4、编制程序、梯形图设计、程序调试说明。（1.5天）5、整理图纸、写课程设计报告。（1.5天）五、课程设计报告内容完成下列课题的课程设计及报告（课题工艺要求由课程设计任务书提供）退火炉温度控制系统2目录1.工程概况......................................................................................................................................31.1概述...................................................................................................................................31.2退火工艺过程....................................................................................................................32.控制系统方案设计......................................................................................................................52.1控制原理方案....................................................................................................................52.2主电路设计........................................................................................................................63.控制系统器件选择......................................................................................................................73.1温度变送器的选择.............................................................................................................73.1.1SBWR热电偶温度变送器介绍...............................................................................73.1.2SBWR技术参数.......................................................................................................73.1.3最后确定温度变送器的型号、类别：..................................................................83.2PLC的选型：......................................................................................................................83.2.1PLC选型要求...........................................................................................................83.2.2PLC及其扩展模块选择结果.................................................................................103.3变频器的选型：...............................................................................................................103.3.1变频器选型要求....................................................................................................103.3.2变频器选择结果...................................................................................................103.3.3变频器参数设置...................................................................................................114.PLC外部接线图..........................................................................................................................145.PLC实现PID的控制方式..........................................................................................................155.1PLC的PID程序介绍........................................................................................................155.2PID梯形图程序................................................................................................................166.小结与体会................................................................................................................................19参考文献.........................................................................................................................................2031.工程概况1.1概述退火是金属热处理中的重要工序，通过退火可以达到细化组织、降低硬度、改善切削性能、消除内应力等目的。在退火炉的运行过程中，需要检测并控制的参数较多，但基本上都围绕温度这个核心。在燃气退火炉燃烧过程控制中，需要克服控制对象的多变性、非线性、噪声、不对称增益、较大纯滞后等多方面因素的影响，实现较精确的炉温和压力控制。根据统计分析，燃烧过程中空气过剩率控制要合适，因此，控制系统应该通过控制空气和天然气的比例保持最佳燃烧状态。此外，炉膛压力是随工况变化的，其变化影响炉温和热效率。要维持稳定的炉温，还需对炉膛压力进行调节。由此可见，要保证退火质量，实现最佳燃烧状态，控制系统应包括以下组成部分：天然气、空气流量调节回路；空气燃气最佳比例调节回路；炉膛压力调节回路。本文以燃气退火炉为研究对象，结合某企业设备改造的需求，采用可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)和工控组态软件以及VB语言完成对燃气退火炉的智能控制的开发，包括硬件系统平台和软件系统平台。1.2退火工艺过程退火是将钢件或各种机械零件加热到临界点Ac3以上的适当温度、在炉内保温缓慢冷却的工艺方法。其目的是细化组织、降低硬度、改善机械切削加工性能及去除内应力。图1为某企业常用退火材料的工艺曲线，所要求的一般工作情况是，在一段时间(3.0h~3.5h)从常温较平稳地升温到640~800℃之间的某一工艺要求温度(根据待退火材料的种类而设定)，在此退火工艺温度下保温一段时间(如5h)。整个控制过程分为升温与保温2个阶段。升温时，无须使实际升温曲线紧跟设定曲线，只要求温度曲线是平稳上升的趋势；保温阶段是控制的重点，为了获得好的退火效果，需以尽量小的波动稳定在设定的保温温度，一般要求限于±5℃范围内波动；保温结束后要求缓慢随炉冷却，此阶段无需控制。某企业常用退火材料的工艺曲线4某企业的燃气退火炉采用传统手动控制方式，在这种方式下现场操作人员需不断地将炉温观测值与给定值做比较，然后根据经验直接在操作器上手动设定天然气、空气和炉压阀位，以增大或减小供给炉体的热量，使炉温保持给定温度。但由于燃气退火炉的燃烧过程受到多种因素的干扰，因此即使是经验丰富的操作工人，也很难全面考虑各种因素的影响，准确控制燃烧过程，常常造成产品质量不能保证。有时，对助燃风调节的盲目性造成烟囱冒出大量黑烟和能量消耗过大等，对环境造成污染。图2是该燃气退火炉改造前的一次退火热处理的温度记录曲线，从曲线中不难看出，这种手动控制时炉温波动大、控制精度低。实际生产中退火材料容易脱碳，难以达到工艺要求，严重影响了退火质量，限制了该企业的生产发展。退火炉改造前一次退火热处理温度记录曲线52.控制系统方案设计2.1控制原理方案本系统装有3套热电偶反馈的闭环流量控制系统，分别控制3台3.7KW变频器调节3台水煤浆输送泵化工泵转速，改变烧嘴的输出功率，实现温度自动控制。满足退火炉的工艺要求、温度实时显示。燃气退火炉是一个复杂的受控对象，具有多参数、非线性、时变性、纯滞后、多干扰等特点，对其进行精确的数学建模非常困难，模糊控制不需要被控对象的