模糊控制在冷轧酸洗线温度控制中的应用

论文摘要

在钢铁冶金领域,酸洗是冷轧生产之前的关键工序,它的主要作用是借助于机械和化学的作用,把从热连轧厂来的带钢钢卷表面氧化铁皮及污垢去掉,得到表面清洁的带钢。带钢酸洗时,铁离子在酸液中的溶解度、带钢的酸洗速度均受酸液温度的影响,酸液温度过高过低会导致过酸洗和欠酸洗,酸液温度控制得好否,直接影响到带钢酸洗的质量,酸液温度一般控制在75～85℃,以期得到高质量的酸洗带钢。济南钢铁集团总公司于2006年建成投产的双机架冷轧厂,其酸洗生产线采用连续式酸洗机组（continuous pickling line简称CPL）,并选择盐酸浅槽紊流酸洗工艺。酸洗槽的温度控制是采用数字PID控制方式,通过调节石墨热交换器的蒸汽流量来实现的,投产后使用效果一直不理想。本文即针对这一现状,以解决现场实际问题为出发点,结合模糊控制理论,寻求一种适用于现场的控制方法。本文重点分析了酸洗线酸液温度的控制过程及其加热系统的特性,指出酸洗线酸液温度加热系统属于多变量大滞后系统,传统的单回路PID控制很难达到其控制要求。在控制算法上,研究了当前国内外模糊控制技术和PID控制技术的理论和方法,分析了数字PID控制系统和模糊控制系统在温度控制方面的优缺点,提出把模糊控制理论和PID控制理论相结合方法,综合PID控制具有算法简单、可靠性高和稳态误差小的优点和模糊控制具有灵活性、鲁棒性、稳定性好的优点,设计实现了模糊-PID复合控制系统。在此基础上,提出了应用模糊PID复合控制技术解决酸洗线的酸液温度控制问题,并在Siemens S7-400控制系统下,完成了具体的实现,有效解决了原酸洗线的酸液温度控制稳定性不足等问题。MATLAB仿真结果及生产实践表明,系统稳定可靠,智能化程度高。在80℃工艺要求下,达到±2℃的控制精度,完全符合生产要求,大大提高了带钢酸洗质量,同时降低了工人的劳动强度,达到了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题来源
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 连续酸洗线生产工艺流程
• 2.1 连续式酸洗机组的发展及应用
• 2.2 紊流技术在带钢酸洗处理中的应用
• 2.2.1 紊流技术的原理
• 2.2.2 槽体结构的特殊性
• 2.2.3 紊流酸洗技术的优点
• 2.3 酸洗线工艺流程
• 2.3.1 酸洗线入口段
• 2.3.2 工艺段/化学段
• 2.3.3 酸洗线出口段
• 2.4 酸洗段的主要技术数据
• 第3章 PID与模糊控制的研究
• 3.1 引言
• 3.2 PID控制概述及原理
• 3.2.1 PID控制概述
• 3.2.2 PID控制算法
• 3.2.3 常规PID控制参数的整定
• 3.3 模糊控制理论
• 3.3.1 模糊控制的产生背景和发展
• 3.3.2 模糊控制的特点
• 3.3.3 模糊控制的基本思想
• 3.3.4 模糊控制器设计的一般步骤
• 3.4 模糊-PID复合控制
• 第4章 酸液温度模糊控制器的设计及仿真
• 4.1 引言
• 4.2 酸液循环加热系统工作原理分析
• 4.3 石墨换热器的工作原理分析
• 4.3.1 换热器的工作原理
• 4.3.2 换热器的工作特性
• 4.4 酸洗槽酸液温度控制思想分析
• 4.5 模糊控制器设计
• 4.5.1 模糊控制器输入和输出量的模糊化
• 4.5.2 模糊规则表的确立
• 4.5.3 模糊量的精确化
• 4.5.3.1 MATLAB简介
• 4.5.3.2 模糊控制器的建立
• 4.6 模糊PID控制系统仿真研究
• 4.6.1 仿真方案
• 4.6.2 仿真结果分析
• 第5章 酸液温度模糊控制系统的实现
• 5.1 引言
• 5.2 济钢酸洗线自动化控制系统概述
• 5.2.1 系统配置
• 5.2.2 酸洗线自动化控制功能介绍
• 5.2.3 网络系统
• 5.2.4 酸洗工艺段控制系统功能及操作方式
• 5.3 酸洗线酸液温度控制系统设计与实现
• 5.3.1 酸洗线酸液温度控制检测控制流程
• 5.3.2 酸液温度控制回路的硬件设计
• 5.3.3 酸液温度控制回路的软件设计
• 5.3.3.1 西门子编程软件介绍
• 5.3.3.2 程序实现
• 5.4 应用情况
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表