智能DCS在台车式燃气热处理炉控制中的应用研究

论文摘要

热处理炉在工业生产中有着广泛的应用,本文结合先进控制技术,对热处理炉生产过程控制系统进行了较深入研究,设计了一套软硬件结合的热处理炉生产过程智能集散控制监控系统（DCS）。本文根据热处理炉的工艺流程和特点,在监控系统整体设计上采用工控机（IPC）+PLC+Profibus-DP现场总线的方案,将系统分为现场执行层、中间控制层和系统管理监控层。现场执行层主要完成现场数据的采集,现场仪表和执行机构的控制功能。中间控制层为PLC控制站和智能温控仪,PLC控制站主要完成基本的逻辑控制功能,实现特殊控制算法。系统管理与监控层由一台IPC组成,通过与PLC、智能温控仪通信来获取生产过程的数据,显示工艺流程、报警画面,实现远程监控。在系统设计中,热处理炉温控系统作为一个多变量耦合的非线性系统,是控制的难点。通过对其特性进行分析,根据功能区分的原则,将温控系统分成燃烧、燃空比控制、炉膛压力三个回路进行控制,并在主要回路中采用反馈控制系统的方案。同时考虑到热处理炉属于大延迟、非线性时变对象,在温度控制回路中采用了智能控制算法,设计了参数自整定FUZZY-PID控制器,实现了系统控制方案的优化。为了提高系统设计的准确性,寻找控制系统的最佳结构和参数,本文采用引入辅助变量的改进最小二乘法对温度控制回路建立了数学模型,并用MATLAB对建立的模型分别进行了PID控制方法和模糊控制方法的仿真。仿真结果比较表明,改进的设计方案具有较高控制精度和较好的鲁棒性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外相关技术研究、应用现状
• 1.3.1 DCS研究、应用现状
• 1.3.2 智能控制研究现状
• 1.3.3 智能控制在工业炉温度控制中的研究、应用现状
• 1.3.4 智能控制在DCS中应用目前存在的主要问题
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 1.5 小结
• 2 系统总体架构设计
• 2.1 热处理炉工程项目概况
• 2.1.1 台车式燃气热处理炉的结构
• 2.1.2 用途及设计要求
• 2.1.3 工艺曲线
• 2.1.4 热处理工艺的特点
• 2.2 总体方案设计
• 2.2.1 方案研究
• 2.2.2 控制方案特点
• 2.3 小结
• 3 控制系统硬件设计
• 3.1 台车式燃气热处理炉工艺过程自动控制系统
• 3.1.1 计算机炉温控制系统
• 3.1.2 燃烧系统
• 3.1.3 炉压控制系统
• 3.1.4 大型炉车电控系统
• 3.2 集散式温度控制系统
• 3.3 控制层硬件设计
• 3.4 系统管理与监控层硬件设计
• 3.5 小结
• 4 控制系统PLC软件设计
• 4.1 系统的软件开发环境
• 4.2 控制程序设计
• 4.2.1 程序的总体结构
• 4.2.2 智能控制器设计
• 4.2.3 基于PLC的模糊控制算法的实现
• 4.3 系统仿真
• 4.4 小结
• 5 工程组态
• 5.1 监控组态软件平台—组态王（kingview6.52）
• 5.2 人机界面的设计
• 5.2.1 人机界面开发平台
• 5.2.2 工程组态设计
• 5.3 小结
• 6 总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 存在的问题及展望
• 致谢
• 参考文献