生阳极制造过程控制系统的设计与实现

论文摘要

本文以兰州连城铝业有限责任公司年产15万吨炭素项目为背景,设计和开发了套基于罗克韦尔自动化公司NetLinx开放式网络架构的生阳极制造过程控制系统,实现从干骨料制备、配料、混捏、糊料冷却到成型和冷却悬链等全部生阳极制造过程的实时监测和控制。首先,论述了炭素材料与铝电解工艺相互促进发展的关系,回顾和总结了我国铝用炭素的技术发展历程。然后详细地介绍由原料仓库、石油焦煅烧、生阳极制造、焙烧及炭块库和阳极组装等工艺流程和相应的主要设备所组成的预焙阳极生产系统,并且阐述了生阳极制造工艺过程的控制要求。结合这些生阳极制造过程控制要求,设计和完成了生阳极制造过程控制系统的网络系统结构、硬件和软件平台的选型工作。针对混捏温度控制过程复杂、非线性、参数时变、纯滞后的特点,采用模糊控制理论和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、稳定好的优点,研究和设计了模糊-PID温度控制器,实现了混捏机加热温度的稳定控制。最后,完成了生阳极制造过程控制系统的实现,包括控制功能和监控管理界面等。该系统自从投入使用以来,生产运行稳定可靠,自动化控制效果良好,提高生产效率、降低运行成本和劳动强度,取得了显著的经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铝电解炭阳极概述
• 1.2 我国铝用炭素技术的发展历程
• 1.2.1 初始创业期
• 1.2.2 探索发展期
• 1.2.3 引进技术、消化吸收和自主研发
• 1.2.4 阳极炭块市场化
• 1.2.5 自主创新和引进关键设备相结合
• 1.3 项目背景
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 预焙阳极生产工艺流程
• 2.1 预焙阳极生产工艺流程简介
• 2.1.1 原料仓库
• 2.1.2 石油焦煅烧
• 2.1.3 沥青熔化
• 2.1.4 生阳极制造
• 2.1.5 焙烧及炭块库
• 2.1.6 阳极组装
• 2.2 生阳极制造工艺过程对控制的要求
• 2.2.1 石油焦中碎筛分系统的控制要求
• 2.2.2 残极、生碎中碎筛分系统的控制要求
• 2.2.3 磨粉系统的控制要求
• 2.2.4 配料、混捏及成型系统的控制要求
• 2.2.5 监控计算机的控制要求
• 第三章 控制系统整体设计
• 3.1 控制系统设计原则
• 3.2 控制系统总体结构方案
• 3.2.1 罗克韦尔自动化NetLinx网络架构简介
• 3.2.2 生阳极制造过程控制系统结构
• 3.3 控制系统硬件组成
• 3.3.1 ControlLogix控制系统
• 3.3.2 SLC控制系统
• 3.4 控制系统软件平台
• 3.4.1 应用编程软件RSLogix
• 3.4.2 人机界面软件RSView32
• 3.4.3 通讯软件RSLinx
• 3.4.4 网络配置软件RSNetWorx for ControlNet
• 第四章 混捏温度控制的研究
• 4.1 混捏工艺理论简介
• 4.1.1 混捏工艺
• 4.1.2 混捏设备
• 4.2 连续混捏机
• 4.2.1 混捏机结构和工艺参数
• 4.2.2 主要部件功能概述
• 4.3 混捏温度控制系统
• 4.3.1 混捏机温度控制过程
• 4.3.2 混捏机温度控制系统的分析
• 4.3.3 混捏机温度控制策略
• 4.4 基于模糊-PID的理论和算法研究
• 4.4.1 模糊控制的基本理论
• 4.4.2 模糊-PID控制算法研究
• 4.5 模糊-PID复合控制器的设计
• 4.5.1 模糊温度控制器的设计
• 4.5.2 PID温度控制器的设计
• 第五章 生阳极制造控制系统的实现
• 5.1 PLC控制系统的功能实现
• 5.1.1 硬件组态
• 5.1.2 控制系统软件程序功能
• 5.2 监控系统的功能实现
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢