真空退火炉PLC自动控制系统设计(共42页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上课题名称真空退火炉PLC自动控制系统设计院/专 业 班 级学 号学生姓名毕 业 论 文 指导教师:2016年5月24日专心-专注-专业摘 要本篇文章主要讲的是真空退火炉的PLC控制系统的设计。大家都知道真空退火炉是许多金属热处理工艺中的一种非常重要必不可少的设备,而真空度和温度是真空退火炉的主要被控变量,对温度和真空度的精确控制是确保其产品质量的一个重要保证。也会是说,退火炉温度和真空度控制的稳定性和精度会直接影响到产品的质量。本次毕业设计设计了基于PLC的真空退火炉温度真空度自动控制系统,用PLC实现温度和真空度的自动控制不仅能够实现对机器的精准控制还能避免不必要的
2、电力损耗。在论文正文部分,详细介绍了设备的组成部分和功能原理以及设计过程,以锆丝的真空退火工艺为例,画出退火过程流程图。然后列出PLC的输入输出点的分配表以及通用存储器的分配表,画出PLC原理图,编写出PLC程序。最后由于循环水阀门仍需人凭借经验手动开启,最后介绍了模糊控制的原理以待备用。关键字:真空退火炉 PLC 模糊控制ABSTRACT This article is mainly about the design of PLC control system of vacuum annealing furnace. We all know that vacuum annealing fur
3、nace is a kind of many metal heat treatment process is very important and indispensable equipment, vacuum and temperature is mainly controlled variable vacuum annealing furnace, precise control of temperature and vacuum is to ensure a one of the important guarantee of the quality of the product. Als
4、o said, the accuracy and stability of furnace temperature and vacuum control will directly affect the quality of the products. The graduation design of vacuum annealing furnace temperature vacuum degree of PLC automatic control system based on PLC to realize the automatic control of temperature and
5、vacuum degree not only to achieve precise control of the electric machine can avoid the unnecessary losses. In the main part of the thesis, introduces the components and functions of the principle and design of process equipment, using zirconium wire vacuum Annealing process, for example, draw annea
6、ling process flow diagram. Then make a list of the PLC input and output point allocation table and of a universal memory allocation table, draw the PLC schematic written PLC program. At the end of the circulating water valve still require the person with manual opening of experience. At last, the pa
7、per introduces the fuzzy control principle to wait for backup.Key Words: vacuum annealing furnace PLC fuzzy control 目 录第一章 绪论1.1选题背景及研究意义我是在南京佑天金属科技有限公司完成我的实习时光的,南京佑天金属科技有限公司从事的是钛、锆、铪的结晶冶炼和丝材的拉制生产的。为了消除丝材拉制过程中产生的内应力,对丝材进行真空退火处理是非常必要的。而采用PLC控制系统可以实现了公司真空退火炉的自动化这样不仅可以实现对真空退火炉的精准控制还可以避开用电高峰让机器晚上自行完成退火任
8、务,既节省能源又能减少人力创造一定的效益。而且如果产品的生产工艺改变了,只要改变程序PLC控制系统又可以继续很好地控制机器完成退火任务。又因为就算在生产环境不好的情况下,PLC还是能够很好地运行,所以PLC得适应能力是毋庸置疑的。PLC能独立完成很多功能,像定时、计数、逻辑运算等等它都能完美完成,而且它还能对算术进行运算,开关量进行处理,模拟量进行控制,为了完成分层控制,还能够与电脑行成网络控制系统。由于PLC形态较小,构造紧密,、轻便、程序设计用时较少,装配与维修简单容易实施,有了这些优点再加上诊断功能,它的可信赖程度非常高。所以,在传统的工业改造与小型电子技术创新的进程里,以前大家用的继电
9、器控制系统,大部分现在都被PLC代替。因此PLC具有很深的潜力,PLC的硬件标准化,并通过各种软件程序来满足不同用户的控制要求。它是实现系统控制的关键部位,多数工程师都很信赖它, 愈来愈多的工业生产问题因为它得到了解决了。过了这么长时间,PLC变成了自动化工业控制的核心装置,并且对各种自动控制设备提供了可靠的控制应用。PLC之所以能成长成现在这个样子,是因为它能够实现安全可信的自动化控制和提供更好的处理方法,可以用来满足当代的工业和厂家的自动化生产需求。把真空热处理方法的PLC技术用在生产上,一定能够让生产出来的产品具有更良好的性能。1.2 国内外研究现状和发展当今时代工业技术的飞速发展,国内
10、外都对产品的规格进行了严格要求,另一方面生产量又在不断增加,为了保证通过真空退火处理过的产品的组织结构和机械性能符合对产品的标准要求。在不仅在提高真空退火炉性能的情况下,还能降低能耗这个技术难题引起了国内外业界的广泛关注。在最近的三百年来,一些发达国家从真空退火炉的热源、设备结构、炉温控制系统和退火工艺等各个方面进行了认真的研究。而且还开发出了许许多多的新型产品,像流风机、高温轴、加热元件等等很多。这些创新在提高退火炉加热速度,退火炉温度的均匀性,提升退火产品质量,降低电能消耗耗,总之就是在退火炉的综合技术性能上实现了新的突破。在我国,退火炉平均热效率为百分之五十八,一些发达国家比我国在这个项
11、上要高出百分之八十左右。钢退火炉的容量一般为10吨到40吨不等。通常情况下,1千吨钢年生产需要配备15 到 20台退火炉。用能方式有电,柴油,煤气。间歇式和连续型退火炉,在带、板、箔的生产过程中是不可缺少的机器,而控制则是实现退火的重要条件之一,高强度的铝合金管、棒型材生产也需要退火这个工艺。在1998年,八百多台国内退火炉,包括现代空气循环炉的一百八十多台,80%的退火炉集中在钢铁企业。而在1985年,世界上还不会建立连续退火炉气垫,可能是因为投资较大的原因。而现在大批量退火炉在技术上的创新开发,已经完全可以充分满足生产要求,而且每吨产品所消耗得能亮也会低很多。因此,退火炉具有良好的发展前景
12、。1.3本文研究的主要内容本文会对真空退火炉的结构进行分析,特别是对它的抽真空系统会有详细的介绍。首先要确定本文是在真空退火炉的基础上加上PLC控制系统而设计的,并切提出整体得设计思路。根据本人实习期间所接触的锆丝退火工艺把真空退火炉的各部分工作原理确定下来,并画出示意图特别是抽真空系统示意图。再通过对真空退火炉结构和生产工艺的分析把各个部件和型号确定下来,并根据设计思路将各个部件进行整合连接。综合所有外围部件,配置好PLC的输入输出表。最后设计抽真空的工艺流程,编写PLC梯形图程序。因为循环水阀门的开启程度仍需人为判断和控制,最后本文简单介绍了模糊化控制。第二章 真空退火炉的工作原理与工艺过
13、程分析2.1真空退火炉的结构分析. 图2.1真空退火炉实物1. 后炉门 2.炉壳 3.真空规组件 4.炉胆 5.控温热电偶组件 6.前炉门 7.水冷电机 8.变压器柜图2.2真空退火炉结构示意图以上图型号真空退火炉为例,它主要由炉门、炉胆、真空系统、水冷系统以及电控系统组成,其结构详见图2.22.2 真空退火炉工作原理PA2罗茨泵 炉胆 罗茨泵泵体冷却器 VP2 PA PA VP2扩散泵泵体冷却器VP3 旋片泵 PA3 VP1 PA1扩散泵 VP1图2.3 抽真空系统原理图 上图中VP为气动阀门,PA为真空传感器。对于温度控制,工业控制机技术要求的加热速度,保持时间,保温温度参数,设置传输到P
14、LC。PLC和热电偶信号反应的定位点进行比较的逻辑运算结果的某些频率可控触发脉冲固态继电器,外围表面在操作关闭设置值。2.3技术指标分析(1)热处理温度分析由于锆和铪材料退火温度分别为680,720,因此设定真空炉使用最高温度为720。(2)有效工作区分析真空退火炉体为卧式圆柱型,实际炉膛0.9*0.9*3.14*2.1=5.34立方米,有效工作区为0.7*0.7*3.14*2.1=3.23立方米。 (3)真空度分析由以前的数据可以发现退火产品退火要求最低真空度为6.010-2Pa,因为工作时要留下一定余量所以设定工作真空度范围为6010-2Pa6010-3Pa,空炉提高温度过程中可以允许的最
15、高真空度为13 X 10-3Pa。(4)其他技术指标a.漏气率1510-2升帕秒;b.工作区炉温均匀性在工作范围内10。整个真空炉系统投入运行前进行炉c.升温速度200小时d.抽真空速度6010-1Pa25分钟;60X10-2Pa30分钟:13X10-3Pa125分钟;2.4退火工艺过程分析本文以南京佑天金属锆丝的真空退火工艺为例,而真空退火是锆丝由半成品到成品必须要经过的的重要工艺过程。锆是一种高熔点稀有金属,熔点在一千八百摄氏度左右,沸点在四千四百摄氏度左右。锆是一种极耐腐蚀,只能k溶于氢氟酸和王水的稀有金属。在隔绝空气、清洁的条件下对锆采取消除应力或再结晶退火,可以很好地解决加工硬化、恢
16、复金属塑性等问题。热退火处理有很多方法,但采用真空退火这项技术对锆丝进行退火,是一项较先进的金属处理方式在少有金属加工领域中。它因为热处理干净、没有污染、成本低、防氧化、形变小等等许多优点引起了人们愈来愈受到人们的关注。一般情况下,真空退火时要求真空度达到6.6*10-2PA,温度满足680摄氏度,同时保温,保温时间最少为一个小时。第三章 真空退火炉PLC控制硬件系统的设计3.1 控制系统总体布局设备一般以PLC为控制核心,工业控制计算机作为监督和显示。利用热电偶获取温度信号,通过可控脉冲固态继电器比较一组值输出来控制温度。使用真空度的真空传感器返回的信号,计算根据真空度下,驱动电磁阀和真空泵
17、,使真空退火炉实现所需的真空度。总体布局示意图如图3.1所示手动控制面板工业控制机PLC水泵固态继电器温度传感器真空度传感器真空管道电磁阀扩散泵罗茨泵旋片泵真空退火炉图3.1总体布局示意图3.2控制系统设计方案(1)上位机:选择工业控制机、自动编程系统,编程PLC输入和实时监控,故障显示,显示屏幕。计算机能够进行远程控制,增强系统的抗干扰能力,提高工作者的工作环境,PC奔腾3处理器。完美的功能和易于管理。(2)下位机:选择一个西门子S-7 300PLC可编程序控制器实现对真空退火炉的控制。降低机器与可编程序控制器,抗干扰能力强,在相对恶劣的操作环境在长期运行可靠,容易控制操作:(3)控制电柜:
18、用于安装可编程控制器,控制电路和操作面板。(定制)(4)温度传感器:炉温测量(K型热电偶 上海普光)。(5)压力传感器:测量炉内的真空度(使用从国外进口)。(6)固态继电器:用来控制组件的执行。(国产名优)(7)电磁阀:位于真空管道的组件。应用PLC控制系统的真空退火炉(国产名优)(8)各种泵体:主要有抽低真空旋片泵,用于抽中真空罗茨泵,用于抽高真空扩散泵,还有循环水水泵。(9)其他部分:电阻丝和绝缘屏幕,以及炉底板。控制系统共分为由三级真空泵组成的抽真空控制系统,电炉丝加热控制系统以及供电系统,循环水暂时不参与控制,而供电系统为手动操作。故只介绍另外2种系统设计方案。工控机PLC真空退火炉
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