褐煤干燥系统关键参数控制研究

论文摘要

褐煤是重要的能源和化工原料,但由于褐煤的含水量较高、低热值,导致价格低,利用率低,形成大量废渣和燃空气污染。如将褐煤干燥并合理控制水分,就可以提升煤质,大大提高褐煤的市场用量和经济效益。因此,秦冶重工与东北大学合作共同设计了大型振动流化床褐煤干燥系统。基于此背景,本文对褐煤在振动流化床干燥中的关键参数控制进行了研究。通过对褐煤干燥流程、工作原理和在流化床内干燥特性的分析,本文得出了影响褐煤干燥的两个关键参数：烟气温度和氧浓度。褐煤干燥系统中关键参数的控制对象都具有滞后性、时变性、非线性、无法建立精确数学模型的特性。本文将褐煤干燥系统关键参数的控制系统解耦成两个控制回路,即烟气温度控制回路和氧气浓度控制回路。根据控制对象的特点,对烟气温度采用模糊PID控制,对氧浓度采用模糊控制,设计了相应的模糊控制器。并应用MATLAB对这两个控制回路进行仿真研究,通过与传统PID控制方法的比较,证实了模糊控制算法的优越性。关键参数的监控系统由两级计算机组成,上位机采用工控机,实时显示系统运行信息、故障信息和参数设定；下位机采用PLC完成系统中各种参数的检测、信息处理和控制功能。利用虚拟仪器软件LabVIEW实现了良好的人机界面和上下位机之间的通讯。在S7-200PLC中通过查询事先存放在数据块中的模糊控制规则表和编程语言STL语句实现了算法中的模糊、推理和反模糊的过程,从而实现了模糊控制的目的。本文对褐煤干燥系统关键参数的控制采用了模糊控制方案,提高了系统的鲁棒性和适应性的同时,得到较好的控制效果。不仅保证褐煤干燥能达到预期的干燥效果,而且保证干褐煤燥系统安全可靠地运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 褐煤干燥技术国内外研究现状
• 1.3 干燥过程控制的研究现状与进展
• 1.4 课题研究的意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 褐煤干燥概述
• 2.1 褐煤干燥过程
• 2.1.1 褐煤干燥系统工艺流程
• 2.1.2 褐煤干燥工作原理
• 2.2 褐煤在流化床中的干燥特性
• 2.3 影响褐煤干燥的因素
• 2.3.1 褐煤自身的特性
• 2.3.2 干燥介质的参数
• 2.3.3 褐煤与介质接触状况
• 2.4 关键参数控制策略
• 2.4.1 入口烟气温度的控制
• 2.4.2 氧浓度的控制
• 第3章 控制算法研究
• 3.1 模糊控制概述
• 3.1.1 模糊控制器的组成
• 3.1.2 模糊控制器的结构
• 3.2 模糊控制器设计步骤
• 3.2.1 模糊化
• 3.2.2 模糊规则及模糊推理
• 3.2.3 模糊量的去模糊化
• 3.2.4 模糊控制算法
• 3.3 PID控制算法理论
• 3.3.1 PID控制原理
• 3.3.2 数字PID控制算法
• 3.4 模糊PID控制理论
• 第4章 关键参数控制器设计及仿真
• 4.1 烟气温度模糊PID控制器设计
• 4.1.1 参数自整定模糊PID控制系统结构
• 4.1.2 精确量的模糊化
• 4.1.3 建立模糊控制规则
• 4.1.4 模糊控制表的建立
• 4.2 氧浓度模糊控制器的设计
• 4.2.1 模糊控制器的结构
• 4.2.2 精确量的模糊化
• 4.2.3 建立模糊控制规则
• 4.2.4 求模糊控制表
• 4.3 基于Matlab的控制器仿真
• 4.3.1 仿真软件介绍
• 4.3.2 利用FIS编辑器设计模糊控制器
• 4.3.3 控制器的Simulink仿真
• 第5章 控制系统的硬件组成
• 5.1 测控系统的总体方案
• 5.2 系统中主要硬件配置
• 5.2.1 监控计算机
• 5.2.2 可编程控制器PLC
• 5.2.3 数据采集卡
• 5.2.4 检测器件
• 5.2.5 执行机构
• 5.3 系统供电线路
• 5.4 监控系统的抗干扰措施
• 第6章 控制系统的软件设计
• 6.1 监控系统软件介绍
• 6.2 软件设计总体方案
• 6.2.1 控制界面的设计
• 6.2.2 数据采集面板的设计
• 6.3 模糊控制算法在PLC中的实现
• 6.4 PLC与工控机之间的通信
• 6.4.1 通信协议
• 6.4.2 串口通信实现
• 6.4.3 读写数据
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢