电石炉是一种埋弧式电弧炉，电流通过石墨电极导入炉内产生电弧，石灰、焦碳等原料在电弧高温下冶炼生成电石。电石炉是一个大量消耗电能的冶炼炉，具有负荷变化快、波动大、耗电高等特点。

1.1.2  课题的研究意义

长期以来，我国电石工业的生产工艺和生产设备较为落后，生产环境较为恶劣。电石炉的计算机控制水平较低，大部分生产过程需借助人工进行操作，而如果在电石生产过程中如果仅依赖人工进行手动操作，这不仅使得人工劳动强度加大，而且会使三相电极平衡难以调节、三相电流值不稳定，甚至容易造成断弧或跳闸现象。由于目前国内电石生产的自动化水平仍然较低，使得电石生产的电能损耗增加，生产效率和质量难以提高，从而导致产品缺乏国内外市场竞争力，为了改变上述生产模式，除了要改善现有的生产工艺和提高现有设备的自动化水平外，对电石炉控制系统进行硬件更新和软件优化也是一种有效的方法。论文网

 因此本课题即是研究使用计算机控制系统替代人工经验操作，结合先进生产工艺和自动化设备，对电石炉控制系统的控制策略做了新的尝试与应用。同时根据具体功能要求，合理地设计了控制系统，包括硬件的配置和软件的开发。综上所述，本课题的研究和实施对提高电石生产的综合指标具有一定的理论意义和现实意义。

1．2  电石炉控制的国内外研究及发展现状

1．3  研究内容和主要工作

本文从电石炉设备和工艺要求出发，提出了有关电石炉系统中的电极升降控制部分的改进设计，主要研究了改进型的PID控制作为电极升降系统的控制算法。最后, 本文设计了包括基于改进型PID算法的下位机PLC程序和上位机WinCC监控界面，并实现了仿真运行。 

本文内容共分为四章，具体章节安排如下：

第一章：引言。详细介绍了电石工业的国内外现状和发展前景，同时着重点叙述了本课题的项目背景、研究意义以及论文的主要研究内容和章节结构。

第二章：电石炉生产工艺及设备。主要阐述了电石生产原理，以及对电石生产工艺流程和相关设备进行了研究和描述。

第三章：电石炉电极升降控制系统的硬件、软件相关简介。主要介绍STEP 7软件和WinCC软件。

第四章：电石炉控制系统软件设计。重点是改进型PID电极升降控制系统。本章重点论述了电极升降系统中改进型PID控制算法的研究和设计方法，并分别对下位机PLC的程序和上位机WinCC监控界面进行设计。

2  电石炉生产工艺及设备

2．1  概述

电石的化学名称叫碳化钙，分子式是 ，分子量为64.10。其工业品是灰色、黄褐色或黑色固体，含碳化钙较高的呈紫色。通常所说的电石是指工业碳化钙，它是由生石灰和焦碳放在电炉中加热到2000 生成的。电石中除含大部分碳化钙外，还含有少部分其它杂质。文献综述

电石是有机合成工业的重要基本原料，利用电石为原料可以合成一系列的有机化合物，为工业、农业、医药提供原料。电石也可做钢铁的脱硫剂或用于金属的切割和焊接等[3]。

2．2  电石炉生产原理

2.2.1 电石的反应原理

电石是石灰与碳素材料在电阻电弧炉中制成的，在工业生产过程中，有两种方式：

第一种方式：

氧化钙与碳在高温下首先发生下列反应：

                                             (1.1)