方坯结晶器液位控制系统设计与应用

论文摘要

首钢迁钢公司炼钢分厂于2004年一期工程建有两台八机八流方坯连铸机,采用的还是手动开浇,人工控制结晶器液位。为了减轻劳动强度,提高产品的品种和质量,2006年开始对两台方坯连铸机进行了升级改造,增加了液位自动控制。结晶器液位控制是冶金连铸过程中非常重要的环节之一,因此必须将结晶器液位控制在一个合适的范围内。本文首先根据液位控制的机理建立了各个环节的数学模型。并分析了模糊控制方法和PID控制方法各自的特点,将模糊控制和PID控制有机结合起来,设计了Fuzzy-PID复合控制器。该控制器综合了模糊控制和PID两种控制方式的优点,既具有模糊控制对非线性系统控制的有效性,又具有PID控制的精确性。在理论研究的基础上,采用西门子S7-400系列PLC、STEP7编程软件和Intouch 9.0组态软件,对控制系统的上、下位机的软、硬件进行了设计、编程及调试,实现了结晶器液位的Fuzzy-PID复合控制。液位检测使用放射性同位素（Cs-137）检测法；在塞棒执行机构上使用了高精度数字电动缸,将结晶器液位误差控制在±5mm之间,达到使用要求。应用表明,Fuzzy-PID复合控制器具有良好的动态、静态特性和一定的鲁棒性,而且控制算法简单,实现方便,有效地提高了铸坯质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 连铸机技术的发展概况
• 1.3 连铸机自动控制的发展概况
• 1.3.1 控制系统的发展
• 1.3.2 PLC控制
• 1.4 结晶器液位控制的发展概况
• 1.5 本文主要工作
• 第2章 结晶器液位控制工艺与建模
• 2.1 连铸机的基本工艺
• 2.1.1 连铸工艺流程
• 2.1.2 连铸优越性
• 2.2 结晶器液位控制系统数学建模
• 2.2.1 系统辩识方法
• 2.2.2 结晶器钢水液位模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 迁钢方坯结晶器液位控制硬件设计
• 3.1 结晶器液位控制硬件设计要求
• 3.2 结晶器液位的硬件设计
• 3.2.1 液位检测系统选择
• 3.2.2 执行机构的选择
• 3.2.3 上位机系统
• 3.2.4 PLC控制原理及选型
• 3.3 控制系统工艺描述
• 3.4 本章小结
• 第4章 结晶器液位控制策略研究
• 4.1 连铸机液位控制的方法
• 4.1.1 液位控制方法及特点
• 4.1.2 液位控制方法比较
• 4.2 结晶器液位传统PID控制
• 4.2.1 传统PID控制
• 4.2.2 传统PID控制存在的问题
• 4.3 结晶器液位高级控制策略研究与设计
• 4.3.1 智能化液位控制策略
• 4.3.2 Fuzzy-PID复合控制器设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 结晶器液位控制系统的实现
• 5.1 结晶器液位的控制的系统的实现
• 5.1.1 PLC主要程序流程
• 5.1.2 Intouch 9.0及监控功能的实现
• 5.2 运行结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢