铜阳极板定量浇铸控制系统的研究与设计

论文摘要

随着铜冶炼工艺的不断发展和对高品质电解铜需求的增加,对铜阳极板浇铸控制的要求也越来越高。针对安徽铜陵有色集团金隆铜业公司铜阳极板定量浇铸控制系统项目的实际要求,本文结合计算机技术、自动控制技术、检测和通信技术,对系统的电气控制、PLC程序和上位机监控部分等进行了研究和设计。铜阳极板定量浇铸的速度和精度是直接影响到生产质量和效益的关键。由于称重浇铸控制系统具有非线性、时滞性。本文详尽分析了控制系统的要求,利用浇铸包的重量偏差和其变化率为输入量,浇铸伺服阀的控制电压为输出量,采用了Fuzzy―PI双模控制技术,设计了称重浇铸的模糊控制器。当重量偏差大于设定的阀值时,采用Fuzzy控制,以加快响应速度;当重量偏差较小进入稳态过程后,则由程序切换到PI控制,消除静态误差,提高控制精度。仿真结果表明,该控制算法可行,能使称重浇铸快速、精确。控制系统由工控机、可编程控制器(PLC)、变频器等组成,采用PROFIBUS现场总线技术,构建控制网络。本文对该项目中涉及到的通讯方式进行了较为详尽的探研。工控机是整个控制系统的核心,使系统各部分协调工作。为使浇铸作业中各步序协调,需要对圆盘驱动电机在各个阶段的运行速度进行精确的控制。采用编码器对当前运转的位置实时采集识别,应用变频调速装置实现闭环控制,很好地实现了浇铸速度与圆盘转速协调等问题。对于阳极板取板、取废板电机的控制,系统采用变频调速,改善了系统运行特性。系统的软件设计包括上位机监控程序和下位机PLC控制程序的设计。通过对系统整个工艺流程及控制要求的分析,采用STEP 7 V5.4软件,运用“结构化编程”思想,将实现不同功能的程序放在不同的功能块中,实现浇铸控制。采用工控组态软件WINCC6.0,利用其设计的监控画面具有Windows的动态效果,对铜阳极板定量浇铸控制系统进行监控和管理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义和背景
• 1.2 铜阳极板定量浇铸控制系统国内、外发展现状及发展趋势
• 1.3 论文的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 铜阳极板定量浇铸控制系统的总体方案设计
• 2.1 铜阳极板定量浇铸生产工艺流程
• 2.2 控制系统总体方案设计
• 2.2.1 控制系统设计方案
• 2.2.2 控制方式
• 2.2.3 控制系统的组成
• 2.3 本章小结
• 第三章 模糊控制在定量浇铸中的实现研究
• 3.1 浇铸称重控制工艺
• 3.2 浇铸称重的模糊控制实现
• 3.2.1 模糊控制系统的组成
• 3.2.2 称重浇铸的模糊控制器设计
• 3.2.3 仿真结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 铜阳极板定量浇铸控制系统的硬件设计
• 4.1 电气系统方案
• 4.2 PLC 的硬件设计
• 4.2.1 PLC 模块配置及主要性能
• 4.2.2 PLC 的I/O 信号分配和接线图
• 4.3 浇铸称重硬件设计
• 4.4 电机的变频调速控制
• 4.5 上位工控机硬件配置
• 4.6 本章小结
• 第五章 铜阳极板定量浇铸控制系统的通讯实现
• 5.1 定量浇铸的PROFIBUS-DP 现场总线技术
• 5.2 控制系统通讯的实现
• 5.3 本章小结
• 第六章 铜阳极板定量浇铸控制系统的软件设计
• 6.1 定量浇铸 PLC 控制程序的设计
• 6.1.1 PROFIBUS-DP 网络组态
• 6.1.2 定量浇铸PLC 控制程序设计
• 6.1.3 PLC 程序仿真
• 6.2 系统监控软件设计
• 6.2.1 WinCC 概述
• 6.2.2 圆盘浇铸系统监控界面的设计
• 6.2.3 WinCC 项目模拟运行
• 6.3 监控系统可靠性设计
• 6.3.1 PLC 控制系统的供电设计
• 6.3.2 PLC 控制系统的可靠性设计
• 6.3.3 监控系统的冗余设计
• 6.4 本章小结
• 第七章 控制系统调试与运行
• 第八章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A I/O 信号分配图
• 附录B FC20 控制程序
• 附录C 模糊化子程序
• 攻读学位期间发表的论文等
• 个人简历
• 发表的论文
• 参与的科研课题