活性石灰生产工艺关键参数在线监测及专家系统故障诊断

论文摘要

活性石灰晶体颗粒小、表面积大、反应能力强,用于炼钢过程中的脱磷和脱硫,是钢铁工业中使用的重要原料之一。回转窑是生产活性石灰的主要设备。回转窑配套设备多且生产工艺复杂,其煅烧系统的各项关键参数直接影响到活性石灰的产量和质量。因此建立一套测量精确、运行稳定的在线监测及故障诊断系统意义重大。本文首先结合石灰石的煅烧实验和生产运行相关数据分析了窑头及窑尾负压、入窑二次空气温度、窑尾气体温度和烧成带温度等关键参数对熟料活性度的影响。在此基础上明确了监测各种参数所需仪器的测量精度和测量范围,并选择合适的测量仪表进行测量。活性石灰生产工艺关键参数在线监测系统主要由参数的采集、传送、显示及存储四个部分组成。回转窑的窑头、窑尾负压、入窑二次空气温度、窑尾气体温度等参数,使用西门子S7-200小型PLC扩展EM231模拟量输入模块后进行数据的采集。烧成带温度则是由工控机从CCD图像采集卡获取烧成带的图像后再通过比色测温算法计算而来。本监测系统使用工业以太网实现监测数据的传送。硬件方面,各S7-200PLC通过以太网通信模块CP 243-1接入系统局域网中,形成一个总线型的通信网络；软件方面使用OPC技术实现监测系统的数据通信。主监测程序使用C#设计OPC客户端,该客户端通过访问西门子SimaticNet软件提供的OPCXML-DA服务获取现场传感器的测量值。监测系统界面使用C#编写,并利用Windows位图技术,生成被测参数的变化曲线。系统还使用ADO.Net技术实现被测参数在SQLite小型数据库上的数据存储功能。本监测系统在数据监测的基础上,还扩展了专家系统故障诊断的功能。基于专家系统的故障诊断比仅依靠工人经验的判断速度更快、准确性也更高。专家系统的界面由C#编写,内核则采用专家系统领域的专用工具CLIPS来设计。C#界面和CLIPS内核之间采用第三方组件ClipsNet进行连接。本系统采用了模块化结构,增强了监控系统的通用性和可移植性,具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 课题相关技术研究现状
• 1.2.1 回转窑在线监测系统
• 1.2.2 专家系统故障诊断
• 1.3 课题研究内容
• 1.4 论文的章节安排
• 第二章 石灰窑生产工艺关键参数
• 2.1 活性石灰的质量指标
• 2.2 石灰石煅烧设备
• 2.3 石灰石煅烧工艺流程
• 2.4 石灰石煅烧实验
• 2.5 影响活性石灰生产的因素分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 石灰窑关键参数的测量
• 3.1 窑主机电流的测量
• 3.1.1 回转窑主机电流变化特点
• 3.1.2 采用霍尔电流传感器测量窑主机电流
• 3.2 气体温度的测量
• 3.2.1 气体测温误差分析及对策
• 3.2.2 用抽气热电偶测量窑尾气体温度
• 3.2.3 用抽气热电偶测量入窑二次空气温度
• 3.3 回转窑内物料（烧成带）温度的测量
• 3.3.1 比色测温原理
• 3.3.2 石灰窑烧成带物料温度的计算
• 3.3.3 CCD比色测温系统的安装与使用方法
• 3.4 熟料温度的测量
• 3.5 窑头与窑尾的负压测量
• 3.5.1 压力的类型
• 3.5.2 压力测量方法
• 3.5.3 压力测量点的选择和测量元件的安装
• 3.6 本章小结
• 第四章 石灰窑在线监测系统设计
• 4.1 监控系统硬件结构
• 4.1.1 西门子S7系列PLC概述
• 4.1.2 S7-200基本单元
• 4.1.3 S7-200 I/O扩展模块
• 4.1.4 S7-200通信模块简介
• 4.1.5 监控系统硬件结构及网络设计
• 4.2 监测软件的设计
• 4.2.1 软件开发工具及运行环境
• 4.2.2 模拟量输入模块EM231组态方法
• 4.2.3 S7-200以太网通信软件设计
• 4.2.4 参数曲线的绘制
• 4.2.5 监测数据的处理及监控界面设计
• 4.2.6 监测数据的存储
• 4.3 本章小结
• 第五章 活性石灰生产专家系统故障诊断
• 5.1 专家系统概述
• 5.2 CLIPS专家系统开发工具
• 5.2.1 CLIPS简介
• 5.2.2 CLIPS事实描述方法
• 5.2.3 CLIPS知识库（规则）的建立
• 5.2.4 CLIPS推理机与正向链
• 5.3 石灰窑故障诊断系统的设计
• 5.3.1 石灰窑运行故障的判定
• 5.3.2 传感器读数趋势的判定方法
• 5.4 用C#设计CLIPS的图形界面
• 5.4.1 C#与CLIPS混合编程方法
• 5.4.2 ClipsNET组件的使用
• 5.4.3 专家系统界面设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢