真空自耗电弧炉电极控制系统研究

【摘要】： 真空自耗电弧炉也称真空电弧重熔炉,是生产高质量合金例如IN718合金的关键设备。在高真空的环境中,钢锭在电弧的作用下重熔,获得的结晶均匀致密,有害气体成分大幅减少,金属机械性能大大提高。目前我国是世界上最大的合金生产与消费国之一,但生产所需的真空自耗电弧炉仍主要依赖进口,自主研制真空自耗电弧炉及配套的控制系统无疑具有重要的应用价值。 本文在与宝鸡稀有装备研制所合作项目-抚顺特殊钢厂2吨真空自耗炉自动控制系统设计和调试的基础上,对实践工作进行了总结与提高,在前人的研究的基础上,结合现场实际情况,做了以下工作: 以真空自耗电弧炉为具体研究对象,通过目前国内外相关领域的了解和学习,总结出控制技术在真空电弧炉中应用研究的现状;详细描述了电弧炉主要设备以及焊接、起弧、熔炼、热封顶工艺原理以及在此过程中相关参数对系统的影响情况;分析了熔炼电弧的特性,结合国外研究成果和现场数据得出了电弧弧长和弧电压、弧电流之间的关系,并逐步分析了控制系统各个环节的特性,最终形成了控制系统的数学模型,并通过MATLAB中的SIMULINK工具进行了系统的仿真。 针对被控对象的特点,分析多种控制算法,先通过SIMULINK进行来的算法仿真,并最终选用增益补偿PID控制算法,在此基础上,详细分析了数据采集中的数据处理、弧压控制、熔速率的计算和控制,并通过PLC编制了相关的程序使之工程化。 根据真空自耗电弧炉控制系统的设计需求分析,选用西门子公司S7 400 PLC;根据相关机械和电气设计得到系统I/O统计和传感器选型,对控制系统硬件进行了配置,并通过组态软件WinCC完成了监控系统的开发,大大改善了电弧炉的操作特性。