plc的感应式冶金炉金属冶炼温度软测量系统设计【字数：10437】
感应炉是冶金铸造行业一种常用的加热冶炼金属的工具，而在生产过程中，为了工艺的要求，这就要求准确快速地知道金属冶炼炉内的温度。本文首先介绍现在一般的金属冶炼炉温度测量的方法，主要采用手持测量，既浪费能量又耗材，而后介绍了软测量，主要是通过选择辅助变量来预测主导变量，引出了软测量结合本课题的思路和应用。整个金属冶炼温度软测量系统，上位机采用了组态王软件，下位机选用S7-200系列PLC。软测量系统的原理是通过冷却水入口的温度，冷却水出口温度，水流量和感应炉内温度在量程范围内选择多个点，将冷却水出入口温差和感应炉内温度关联测量，建立主辅变量函数关系。采用PID控制算法，恒定控制冷却水流量，通过冷却水入、出水口温差就能推算出冶金炉内温度，达到冶金炉金属冶炼温度软测量的目的。
目录
1. 绪论 1
1.1系统设计的背景 1
1.1.1感应式金属冶金炉 1
1.1.2软测量的技术背景 2
1.2课题研究的内容和意义 3
1.3感应炉金属冶炼温度软测量系统原理 3
2. 系统硬件的选型和设计 5
2.1 PLC的硬件选型 5
2.1.1 PLC型号选择 5
2.1.2 PLC的CPU选型 5
2.2 温度传感器 5
2.3流量传感器 6
2.3 变频器 7
2.4 系统I/O分配 7
2.5 系统硬件接线设计 8
3.系统下位机S7200PLC的程序设计 10
3.1主程序 10
3.2 水流量的PID恒定控制 10
3.2.1 PID算法简介 10
3.2.2 设计中PID的应用 10
3.3 温度测量程序 11
3.4温度报警程序 12
4.组态软件设计 14
4.1 组态王简介 14
4.2 组态王的配置 14
4.2.1 新建工程 14
4.2.2 定义虚拟端口设备的连接 15
4.2.3 画面的创建 15
4.3 变量管理 16
4.4 系统界 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
面设计 17
4.4.1 系统用户 17
4.4.2 系统界面设计 17
5.系统调试 19
5.1 调试过程和运行结果 19
5.2 结果数据分析 20
结语 23
参考文献 24
致谢 25
附录 26
1.绪论
1.1系统设计的背景
1.1.1感应式金属冶金炉
感应器，炉体，电源，电容以及控制系统这几大部件共同组成感应炉主体，其主要作用是：利用不同材质的感应电热效应去加热熔融这些材料。
在交变磁场中，感应炉中的物料产生涡流而加热或者熔化。随着交变磁场的搅拌，感应炉中物料的温度和成分比较均匀，熔炼温度为1650℃，锻造温度为1250℃。
感应炉熔融加热的介质既可以是空气，也可以是真空或者氩等稀有气体介质中。
一般有两种感应炉，分别是感应加热炉和熔炼炉。该炉对于一些磁合金，铂族合金、耐磨合金等不同种类的合金材料以及纯金属的耐热熔融表现非常不错。
感应炉对材料的加热主要是利用其内部感应线圈中的电流。金属材料的加热主要是用坩埚，其是用非常耐高温的材料制作而成。以石墨制作的坩埚用来加热非金属材料。感应电流的频率会因为交流电频率的增加而持续上升，产热量就会随之提高。感应电炉温度升的比较快，温度高控制方便，加热时物料受到的污染少，产品的质量高。所以感应电炉主要用于由熔体生长单晶的加热和控制设备以及熔炼特种高温材料。
中频电炉一般只需要普通工人就会使用了，不需要专业烧炉工人进行提前作业。因为电炉产生热量的位置是电磁感应的内部，工作人员不必提前进行烧炉和封炉工作，锻造任务的持续进行就只要十分钟即可，已经加热的材料也不会因为停电或设备故障而导致浪费。
感应炉的内外受热均匀且温度差别不大，可以准确的把握温度的高低。这样在一年四季工作人员就不用担心和忍受传统煤炉带来的无法忍受的炙热，而且也遵守了环保部门的规定，为公司品牌的建设和形象的打造提供了很好的条件。
上述提到感应炉的内外受热十分的均匀且温度差较小。因为整个系统对温度的控制准确度高，所以产品的生产效率大大的提高，而且质量和合格率也得到了保障。
1.1.2软测量的技术背景
软测量的具体意义是说，根据最优的标准对可测变量进行选择，其要与被估计变量存在相关关系，从而对二者进行数学模型的建造。将可测变量作为输入量，被估测变量作为输出量，对不能直接进行测量的过程变量，通过计算机软件对其进行估算。新技术软测量的出现近年被广泛应用于检测和控制领域，原来用传感器无法或者难以直接测量和控制的变量得到了新的解决方法，在自动生产以及产品质量的控制方面都有重要的作用，是当前控制过程和技术检测的重要发展方向。软测量计算出的估计值能够被控制系统作为参数，也可以表现整个反应进程中所体现出的特点，为更好的控制过程以及调整战略决策提供一定的反馈。软测量是将自动控制理论以及工艺生产中的理论知识进行有机的结合，通过计算机技术去估算出无法直接进行测量的变量值，用软件功能去代替硬件功能，利用测量方便的辅助变量构成数学模型来推理判断和估计。用相对容易的在线测量的辅助变量和离线分析数据估测不可测活难测的变量这一方法称为软测量。
软测量实施分为挑选辅助变量，处理输入值，构建相关模型等。
选择辅助变量的基本前提是要对工艺的机理进行一定的剖析。首先，从系统的自由度出发去确定最小数量的辅助变量的数值，在实施过程中，可以根据其特征进行修改，处理好后续出现的各种问题。将整个过程的原理作为依托，在可以测出的变量中去挑选与被估计变量相关的辅助变量；利用原始的辅助变量，找到相应的变量，把精确度高、反应灵敏的变量作为最终变量。对历史数据进行统计和分析，将被测出的变量值和刚开始的辅助变量进行顺序的排列，准确无误的选择变量。辅助变量的选择有三个方面:变量的类型、数量已经检测位置的选取，三者相互联系，取决于过程特性。辅助变量的选择要综合考虑可行度、可靠度、经济性、维护性等各种因素的影响。
软测量是效率最高和吸引力最大的技术方法，可以解决一些硬件测试仪无法完成的任务，依据最优化的规则，主导变量的预测需要选择简单的测量变量并且与其有紧密关系的辅助变量。软测量是解决在实际现场中直接测量困难、危险系数高、费用昂贵等问题的一种经济有效的方法。感应炉融化的金属的温度为其冶炼温度软测量系统的被估计的主导变量值与实际测量不同，实际测量为两个相关变量，选取它们的温度差作为辅助变量。想要得到被估计量与辅助变量的关系，还需要间断测量感应炉内熔融状态下金属温度的少量数据。近年来，在电厂中越来越多的测量方式使用了软测量，主要针对在锅炉运行过程中难以直接测量的相关参数，例如在锅炉效率计算中，因为在现场很难实现直接测量和需要热量的有效利用计算和炉内的总能量，所以需要计算炉内效率和间接接地的测量方法，
目录
1. 绪论 1
1.1系统设计的背景 1
1.1.1感应式金属冶金炉 1
1.1.2软测量的技术背景 2
1.2课题研究的内容和意义 3
1.3感应炉金属冶炼温度软测量系统原理 3
2. 系统硬件的选型和设计 5
2.1 PLC的硬件选型 5
2.1.1 PLC型号选择 5
2.1.2 PLC的CPU选型 5
2.2 温度传感器 5
2.3流量传感器 6
2.3 变频器 7
2.4 系统I/O分配 7
2.5 系统硬件接线设计 8
3.系统下位机S7200PLC的程序设计 10
3.1主程序 10
3.2 水流量的PID恒定控制 10
3.2.1 PID算法简介 10
3.2.2 设计中PID的应用 10
3.3 温度测量程序 11
3.4温度报警程序 12
4.组态软件设计 14
4.1 组态王简介 14
4.2 组态王的配置 14
4.2.1 新建工程 14
4.2.2 定义虚拟端口设备的连接 15
4.2.3 画面的创建 15
4.3 变量管理 16
4.4 系统界 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
面设计 17
4.4.1 系统用户 17
4.4.2 系统界面设计 17
5.系统调试 19
5.1 调试过程和运行结果 19
5.2 结果数据分析 20
结语 23
参考文献 24
致谢 25
附录 26
1.绪论
1.1系统设计的背景
1.1.1感应式金属冶金炉
感应器，炉体，电源，电容以及控制系统这几大部件共同组成感应炉主体，其主要作用是：利用不同材质的感应电热效应去加热熔融这些材料。
在交变磁场中，感应炉中的物料产生涡流而加热或者熔化。随着交变磁场的搅拌，感应炉中物料的温度和成分比较均匀，熔炼温度为1650℃，锻造温度为1250℃。
感应炉熔融加热的介质既可以是空气，也可以是真空或者氩等稀有气体介质中。
一般有两种感应炉，分别是感应加热炉和熔炼炉。该炉对于一些磁合金，铂族合金、耐磨合金等不同种类的合金材料以及纯金属的耐热熔融表现非常不错。
感应炉对材料的加热主要是利用其内部感应线圈中的电流。金属材料的加热主要是用坩埚，其是用非常耐高温的材料制作而成。以石墨制作的坩埚用来加热非金属材料。感应电流的频率会因为交流电频率的增加而持续上升，产热量就会随之提高。感应电炉温度升的比较快，温度高控制方便，加热时物料受到的污染少，产品的质量高。所以感应电炉主要用于由熔体生长单晶的加热和控制设备以及熔炼特种高温材料。
中频电炉一般只需要普通工人就会使用了，不需要专业烧炉工人进行提前作业。因为电炉产生热量的位置是电磁感应的内部，工作人员不必提前进行烧炉和封炉工作，锻造任务的持续进行就只要十分钟即可，已经加热的材料也不会因为停电或设备故障而导致浪费。
感应炉的内外受热均匀且温度差别不大，可以准确的把握温度的高低。这样在一年四季工作人员就不用担心和忍受传统煤炉带来的无法忍受的炙热，而且也遵守了环保部门的规定，为公司品牌的建设和形象的打造提供了很好的条件。
上述提到感应炉的内外受热十分的均匀且温度差较小。因为整个系统对温度的控制准确度高，所以产品的生产效率大大的提高，而且质量和合格率也得到了保障。
1.1.2软测量的技术背景
软测量的具体意义是说，根据最优的标准对可测变量进行选择，其要与被估计变量存在相关关系，从而对二者进行数学模型的建造。将可测变量作为输入量，被估测变量作为输出量，对不能直接进行测量的过程变量，通过计算机软件对其进行估算。新技术软测量的出现近年被广泛应用于检测和控制领域，原来用传感器无法或者难以直接测量和控制的变量得到了新的解决方法，在自动生产以及产品质量的控制方面都有重要的作用，是当前控制过程和技术检测的重要发展方向。软测量计算出的估计值能够被控制系统作为参数，也可以表现整个反应进程中所体现出的特点，为更好的控制过程以及调整战略决策提供一定的反馈。软测量是将自动控制理论以及工艺生产中的理论知识进行有机的结合，通过计算机技术去估算出无法直接进行测量的变量值，用软件功能去代替硬件功能，利用测量方便的辅助变量构成数学模型来推理判断和估计。用相对容易的在线测量的辅助变量和离线分析数据估测不可测活难测的变量这一方法称为软测量。
软测量实施分为挑选辅助变量，处理输入值，构建相关模型等。
选择辅助变量的基本前提是要对工艺的机理进行一定的剖析。首先，从系统的自由度出发去确定最小数量的辅助变量的数值，在实施过程中，可以根据其特征进行修改，处理好后续出现的各种问题。将整个过程的原理作为依托，在可以测出的变量中去挑选与被估计变量相关的辅助变量；利用原始的辅助变量，找到相应的变量，把精确度高、反应灵敏的变量作为最终变量。对历史数据进行统计和分析，将被测出的变量值和刚开始的辅助变量进行顺序的排列，准确无误的选择变量。辅助变量的选择有三个方面:变量的类型、数量已经检测位置的选取，三者相互联系，取决于过程特性。辅助变量的选择要综合考虑可行度、可靠度、经济性、维护性等各种因素的影响。
软测量是效率最高和吸引力最大的技术方法，可以解决一些硬件测试仪无法完成的任务，依据最优化的规则，主导变量的预测需要选择简单的测量变量并且与其有紧密关系的辅助变量。软测量是解决在实际现场中直接测量困难、危险系数高、费用昂贵等问题的一种经济有效的方法。感应炉融化的金属的温度为其冶炼温度软测量系统的被估计的主导变量值与实际测量不同，实际测量为两个相关变量，选取它们的温度差作为辅助变量。想要得到被估计量与辅助变量的关系，还需要间断测量感应炉内熔融状态下金属温度的少量数据。近年来，在电厂中越来越多的测量方式使用了软测量，主要针对在锅炉运行过程中难以直接测量的相关参数，例如在锅炉效率计算中，因为在现场很难实现直接测量和需要热量的有效利用计算和炉内的总能量，所以需要计算炉内效率和间接接地的测量方法，
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