大型臺車式電阻爐溫度自適應控制系統

作者：祝琴

摘要：電阻爐熱處理過程通常呈現嚴重大純滯后、非線性、時變性,而且大型臺車式電阻爐由于加熱空間大,溫度場存在強耦合、現場強干擾,給溫度控制帶來極大的不確定性,嚴重影響產品質量。因此,成功解決電阻爐溫度控制問題以滿足熱處理工藝要求具有重要的現實意義。 本文首先介紹了我國電阻爐溫度控制的現狀、發展趨勢及存在的問題。著重分析了大型臺車式電阻爐熱處理過程中溫度控制所面臨的問題。 其次根據熱處理工藝的要求,完成了基于現場總線技術,集檢測、控制和管理等功能為一體的自動化系統的開發。整個系統采用二級計算機控制方式,基礎自動化級采用西門子公司S7—200系列PLC,實現對對臺車、電源車的運行以及砂封、爐門升降和密封的控制。監控級為臺灣研華生產的工業控制機,完成對系統的組態、監控、報警、制表等功能。系統操作簡便,畫面動感直觀,并具有高適應性、高可靠性和高穩定性等特點。 本系統利用計算機高速、便于進行復雜計算的優勢,替代普通控制儀表,實現了對27個加熱區的溫度控制,保證了這些加熱區能同步、協調工作,現場參數整定簡單方便；控制器輸出經過獨特的限幅技術,實現了溫度的局部微調,較好的解決了爐內溫度不均勻的問題,達到了大型工件表面溫差≤±10℃的工藝要求。 針對現場環境惡劣,溫度信號傳輸距離較長、干擾強等特點,系統利用熱電偶溫度采集專用模塊將溫度信號直接轉化為對應的溫度數字信號,提高了測量精度。另外,通過對溫度采集專用模塊的輸入端采取抗干擾措施,有效地消除了傳輸線上較強的干擾信號,提高了系統的抗干擾性。 通過對大型臺車式電阻爐熱處理過程的理論分析,針對電阻爐溫度具有嚴重的非線性、強耦合這一難題,本文采用先進的增益自適應Smith預估補償控制算法,解決了電阻爐溫度控制時滯性強、參數不確定性大、易受隨機因素影響等問題,提高了控制的穩定性和精度,取得了滿意的效果。 本文主要研究成果是:通過對大型臺車式電阻爐的研制,解決了大型熱處理設備制造過程中的關鍵技術問題,有利于對溫度均勻和精度要求較高的熱處理工藝的發展,提高了壓力容器等設備的質量。推動了熱處理加工行業的生產自動化,為大型化熱處理設備的制造及改造提供了成功的經驗。

關鍵詞：大型臺車式電阻爐；自適應控制；溫度控制；熱處理