石灰窑控制系统的研究与设计

论文摘要

本课题来源于合肥钢铁有限责任公司新建气烧石灰窑控制系统的设计，其控制系统要求采用计算机、PLC进行数据处理及控制。通过对生产过程中计算机控制系统的检测、达到控制石灰窑煅烧带温度的目的，生产出适合冶金用的高活性石灰。在此控制系统中以煅烧带的温度为控制目标，通过调节煤气流量和空气流量的比例来对煅烧带的温度进行控制。由于该对象是时变的、非线性的并且纯滞后较大，各种参数难以确定，采用常规PID控制效果不佳，在此采用模糊PID复合控制算法进行控制。模糊控制系统的关键是模糊控制器的设计，本文对模糊控制器的组成原理、特点、设计的原则进行了详细的介绍，并比较了几种控制算法的优劣。通过仿真比较，本系统采用参数自整定的模糊PID控制器能够达到比较理想的效果。在石灰窑的生产控制系统中，实现了上料系统、温控系统、监视系统和报警系统的自动化控制以及故障的自诊断功能。在此系统中由于整个石灰窑的测量监控点不是很多，所以在此每座石灰窑的控制系统由一台工控机西门子S7-300 PLC组成，通信采用MPI方式。在石灰窑温度控制系统中若只使用PID控制系统，当石灰窑系统的参数变化后，控制效果会有明显的不同，甚至不能满足控制要求。石灰窑生产过程中，采用模糊PID复合控制系统，将石灰窑锻烧带的温度的偏差E及其变化△E作为输入语言变量，将煤气流量调节阀流量的变化作为输出语言变量。经系统仿真可以认为石灰窑温度控制系统中采用模糊控制能达到较满意的控制效果，有较好的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 石灰窑简介
• 1.2 活性石灰在钢铁工业生产中的作用
• 1.3 石灰的锻烧机理及影响因素
• 1.4 生产过程控制系统的发展
• 1.5 生产过程控制系统的发展方向
• 1.6 本文课题来源
• 第二章 模糊控制的基本理论
• 2.1 模糊控制系统的基本原理
• 2.1.1 模糊控制系统的基本组成
• 2.1.2 模糊控制器的基本组成
• 2.1.3 模糊控制器的特点
• 2.2 模糊控制器的设计
• 2.3 几种控制算法的研究
• 2.3.1 常规PID控制
• 2.3.2 模糊—PID控制
• 2.3.3 参数自整定模糊—PID控制器
• 2.3.4 仿真实验
• 第三章 石灰窑生产控制系统
• 3.1 控制系统的功能
• 3.1.1 石灰窑计算机控制系统功能内容
• 3.1.2 合钢石灰窑生产工艺流程
• 3.2 石灰窑计算机控制系统的选型与设计
• 3.2.1 计算机控制系统硬件选型
• 3.2.2 石灰窑计算机控制系统的设计
• 第四章 基于SIEMENS PLC控制系统的编程与设计
• 4.1 PLC可编程控制器及其编程软件概述
• 4.1.1 PLC概述
• 4.1.2 PLC的主要特点
• 4.1.3 SIEMENS（西门子） PLC简介
• 4.1.4 编程软件Step概述
• 4.1.5 PLC程序设计的总体结构
• 4.2 PLC在石灰窑计算机控制系统中主要实现的功能
• 4.2.1 石灰窑上料系统PLC控制设计
• 4.2.2 石灰窑温度控制系统设计
• 第五章 模糊PID控制器在石灰窑温度控制系统中的应用
• 5.1 温度被控过程的数学模型
• 5.2 控制系统仿真结果
• 第六章 结论
• 参考文献