电石炉控制系统的设计与先进控制方案的研究

论文摘要

本文以山西省某电石炉项目为课题背景,根据该项目所提出的电极升降控制、电极压放控制、参数显示等功能要求,以减少能耗、降低人工劳动强度为控制目标,设计实现了一种基于PLC的电石炉控制系统。针对三相电极升降系统中三相电流存在耦合性强、灵敏度高、调节困难等问题,分别研究和采用了改进型PID控制和模糊控制。首先,本文研究了电石炉的生产原理、工艺流程,并对电石生产的主要设备进行详细介绍和说明;其次,设计了电石炉控制系统,对该系统的硬件设备进行选型和安装,并完成了下位机PLC的程序设计和上位机WinCC监控软件的画面设计;再次,本文研究了基于改进型PID控制的电极升降系统,提出了带死区特性的改进型PID控制方案,给出了电极脉冲控制器的设计方法,并完成了该系统的PLC程序设计、调试和应用;最后,设计了基于模糊控制的电极升降系统,提出PLC离线创建模糊控制表的方法,并完成了该系统的PLC程序设计、调试和应用。目前,该电石炉控制系统已投入运行,系统的应用降低了人工劳动强度,改善了电极电流的稳定性,提高了电石生产自动化水平,并达到了节能降耗、提高生产效率的最终目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电石工业的现状和发展前景
• 1.3 项目背景与研究意义
• 1.4 研究内容和章节安排
• 2 电石炉生产工艺及设备
• 2.1 电石炉生产原理
• 2.1.1 碳化钙的反应机理
• 2.1.2 电石炉电气特性
• 2.1.3 电石炉中的电热过程
• 2.2 电石炉生产工艺及设备
• 2.2.1 电石炉生产工艺流程
• 2.2.2 电石炉的主要设备
• 2.3 本章小结
• 3 电石炉控制系统的设计
• 3.1 电石炉控制系统设计
• 3.1.1 项目需求
• 3.1.2 控制系统设计
• 3.2 硬件选型与安装
• 3.2.1 PLC及相关硬件简介
• 3.2.2 控制系统硬件选型
• 3.2.3 控制系统的硬件安装
• 3.3 软件设计与实现
• 3.3.1 STEP7和WinCC软件简介
• 3.3.2 下位机软件设计与实现
• 3.3.2.1 组态和通讯设置
• 3.3.2.2 程序设计
• 3.3.3 上位机监控系统设计与实现
• 3.3.3.1 变量管理和通讯设置
• 3.3.3.2 WinCC画面设计
• 3.4 本章小结
• 4 改进型PID电极升降控制系统
• 4.1 电极升降控制系统的设计
• 4.1.1 常规PID控制器
• 4.1.2 改进型PID控制系统的设计
• 4.2 控制系统的PLC程序设计
• 4.2.1 整体设计
• 4.2.2 编程实现
• 4.3 控制系统的WinCC软件设计
• 4.4 系统调试与运行
• 4.5 本章小节
• 5 基于模糊控制的电极升降系统
• 5.1 模糊控制系统的设计
• 5.1.1 模糊控制器的结构设计
• 5.1.2 模糊知识库的建立
• 5.1.3 模糊化方法的选取
• 5.1.4 模糊推理算法的研究
• 5.1.5 清晰化及模糊控制表的建立
• 5.2 控制系统的PLC程序设计
• 5.2.1 程序结构和流程设计
• 5.2.2 程序设计与编程
• 5.2.2.1 创建模糊控制表的程序设计
• 5.2.2.2 电极升降控制的程序设计
• 5.2.2.3 功能切换的程序设计
• 5.3 系统调试与运行
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录