步进式加热炉控制系统的研究与应用

论文摘要

步进式加热炉是轧钢生产必备的大型热处理设备,其耗能巨大,约占整个轧钢生产的60%左右。加热炉控制系统是控制板坯出入加热炉和炉内热工过程的一个庞大而复杂的控制系统,特别是温度控制更是步进式加热炉控制的重点和难点。近年来,随着节能降耗意识的提高,节能挖潜越来越引起人们的重视。在轧钢生产中,加热炉作为最大的耗能设备,同时也是整个工艺流程中最关键的设备之一,其运行的稳定与否将直接影响后面轧钢生产质量；如何确保钢坯入、出加热炉顺畅；如何解决加热炉的合理燃烧问题；如何保证加热炉运行在最佳工况,是许多生产单位和科技工作者一直关注的课题。本文结合首钢迁钢公司新建步进式加热炉的设计工作,着重研究了步进式加热炉关键设备如：装钢机、出钢机、步进梁等控制对象的具体控制流程,速度控制曲线,行程计算等具体控制策略和算法；完成了热轧加热炉自动化系统设计,实现板坯输送、测量、装出料、加热炉燃烧控制等数据信息交换；通过PLC和二级计算机系统进行顺序、定时、联锁与逻辑控制,实现了操作自动化与物料系统的跟踪管理；最后重点针对燃烧系统进行了研究,提出使用模糊PID的控制方法,并进行了设计和仿真工作。通过仿真证明了模糊自整定PID控制器相对常规PID控制响应快,超调小,鲁棒性强,同时模糊自整定PID控制具有很好的自适应能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 自动化控制技术的发展与现状
• 1.2.1 自动控制理论发展概述
• 1.2.2 控制系统的发展概况
• 1.3 步进式加热炉国内外发展概况
• 1.4 步进式加热炉控制技术发展
• 1.5 本文主要工作
• 第2章 模糊PID控制基础
• 2.1 常规PID控制
• 2.1.1 模拟PID控制
• 2.1.2 数字PID控制
• 2.1.3 PID控制器的优缺点
• 2.2 模糊控制
• 2.2.1 模糊控制系统组成
• 2.2.2 模糊控制的工作原理
• 2.2.3 模糊控制系统优缺点
• 2.3 模糊PID控制
• 2.3.1 自适应模糊PID控制基本特性
• 2.3.2 自适应模糊PID控制工作流程
• 2.4 本章小结
• 第3章 步进式加热炉控制系统结构设计
• 3.1 系统功能
• 3.2 系统配置
• 3.2.1 系统总体结构
• 3.2.2 LEVEL1级网络结构
• 3.2.3 LEVEL1级硬件配置
• 3.2.4 LEVEL2级网络结构
• 3.2.5 LEVEL2级硬件配置
• 3.3 系统交换信息内容
• 3.3.1 与MES管理计算机的通信
• 3.3.2 与轧线过程计算机通信
• 3.3.3 与基础自动化通信
• 3.4 LEVEL1级通讯
• 3.4.1 WINCC和PLC以太网通讯
• 3.4.2 PLC和PLC以太网通讯
• 3.5 LEVEL2级TCP/I P通讯程序开发
• 3.5.1 TCP/IP SOCKET基本概念
• 3.5.2 客户/服务器模式
• 3.6 通讯网络的具体IP地址和端口规划
• 3.7 本章小结
• 第4章 装钢-步进-出钢控制设计
• 4.1 首钢步进式加热炉简介
• 4.2 步进式加热炉的基本工艺
• 4.3 装钢运行控制
• 4.3.1 装钢过程及有关计算
• 4.3.2 装钢自动运行流程
• 4.3.3 装钢机速度控制
• 4.3.4 装钢自动运行
• 4.3.5 其他
• 4.4 步进梁的控制
• 4.4.1 步进梁的运动控制
• 4.4.2 步进梁运行速度-位置曲线
• 4.4.3 斜坡发生器
• 4.4.4 步进梁运行程序设计
• 4.5 出钢机的控制
• 4.5.1 出料机的工作行程
• 4.5.2 出料机的控制出钢过程的速度控制
• 4.5.3 出钢自动运行
• 4.6 本章小结
• 第5章 模糊PID温度控制器的设计
• 5.1 模糊控制设计研究
• 5.2 加热炉仿真模型的建立
• 5.3 模糊自整定PID控制的Simulink程序设计
• 5.4 模糊自整定PID控制与常规PID控制仿真比较
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢