焦炉机械设备控制系统的设计与研究

论文摘要

近几年来,多层网络技术发展的非常迅速,广泛应用于冶金、纸业、电力等不同的行业。企业现代化建设的衡量标准之一,就是企业信息化体系的良好构建。因而以多层网络为硬件设计理念,实现工业过程数据自动采集、存储及实时传输,以及各项计划特别是生产计划的自动下达与执行；实现企业产、供、销及管控一体化,已成为焦炉机械系统控制技术的最新亮点。另外焦炉机械系统控制过程中的模糊PID、多电机负荷平衡、自动对位多项核心技术,作为构成系统控制策略的关键因素,将对设备的生产效率、环保、安全、精度等性能,起到积极的促进作用。本文以首钢7.63米焦炉机械系统为例,围绕如何构建焦炉机械自动化控制管理系统,使它可以实现现场控制层与基础、过程和生产管理控制层之间的无缝隙结合而展开的。同时还包括多项控制策略的的研究及论证,最后设计出监控管理人机界面系统等。本文主要做了以下几方面的工作：首先,从焦炉机械系统控制的开放性、互操作性、可靠性、全数字化及生产工艺要求特点出发,将各个分散的测量、控制设备以网络节点的方式互相连接在一起,构建了多层网络硬件结构。因焦炉机械系统控制对象复杂、分散、响应快、集中管理、网络化发展需求等原因,系统设计中充分体现出网络系统的快速性、扩展性及开放性的优势。针对上述特点,本文选定现场总线、基础自动化级、过程自动化级、生产控制级网络相融合的多层网络控制结构,通过现场总线、以太网有线及无线传输和过程控制计算机(简称L2)的网络搭建手段,实现了生产联锁管理、生产计划管理、数据采集以及设备的远程设定及控制功能。其次,焦炉机械业是一个特殊的行业,现场环境恶劣、作业频繁、操作安全性及可靠性要求高,同时为响应国家产业政策对焦炉机械设备的节能、减排标准控制要求,在焦炉机械控制系统中用于烟尘排放控制的电液比例系统、用于生产效率提高的自动对位系统、用于电机运行特性优化的负荷平衡等多项控制策略成为了系统控制的核心技术。针对上述系统控制要求,本文运用电液比例阀及模糊PID控制策略,实现了油缸推进速度的实时控制,从而保证了取门台车进退、提门、倾斜动作的快速及平稳无冲击运行,不仅很好地缓解了设备冲击,尤其对炉门、炉框起到了良好的密封作用；运用SIMOLINK环网及变频矢量控制技术建立了多电机驱动负荷平衡控制系统,较好地解决了焦炉机械因负荷分配不均而导致电流偏差大的实际问题,并使走行机构多电机的负荷实现了自动、实时均匀分布,不仅很好地从控制角度解决了钢结构的扭曲变形及跑偏问题,尤其可实现设备的高速平稳运行,从而提高了生产效率；运用编码识别技术的自动对位系统,能够按照程序设置的s速度曲线将车辆设备精确定位在目标位置处,不仅满足了定位误差≤±5mm的控制要求,而且运行控制效果平稳,尤其对设备的安全联锁操作起到了至关重要的控制作用。最后,从焦炉机械设备结构紧凑可视性差、控制对象多、安全操作要求高、生产集中管理等工艺要求特点出发,将监控管理系统融入到系统控制中,实现了对控制系统操作和运行参数的在线检测、实时诊断、趋势分析、及时发现和预报异常运行情况并提供故障处理信息的控制功能。本文所设计的监控系统,不仅可指导运行人员合理操作,保障了系统运行的安全性,尤其对综合生产管理水平的提高,提供了良好的界面功能。2008年8月,基于本文所设计的网络结构、控制策略、监控管理系统的首钢7.63米焦炉机械项目成功投入生产运营。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第1章 绪论
• 1.1 焦炉机械设备的工艺特点
• 1.2 焦炉机械设备的工艺流程
• 1.3 焦炉机械设备的控制要求
• 1.4 焦炉机械设备控制系统的结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 基于多层网络的焦炉机械设备控制系统的构建
• 2.1 系统多层网络控制方案
• 2.2 PROFIBUS-DP网络的构建
• 2.2.1 PROFIBUS-DP网络的结构与硬件配置
• 2.2.2 PROFIBUS-DP网络的组态
• 2.3 以太网的构建
• 2.3.1 以太网的结构与硬件配置
• 2.3.2 以太网的组态
• 2.3.3 以太网的通讯程序设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 焦炉机械设备中控制策略的研究
• 3.1 基于模糊PID的取门装置控制
• 3.1.1 基于模糊PID的取门装置工作原理
• 3.1.2 取门装置模糊PID控制器的设计
• 3.1.3 取门装置模糊PID控制系统的仿真
• 3.2 基于SIMOLINK环的负荷平衡控制
• 3.2.1 负荷平衡控制系统的工作原理
• 3.2.2 负荷平衡控制系统的模型
• 3.2.3 负荷平衡控制器的设计
• 3.2.4 负荷平衡控制的实际应用
• 3.3 基于编码识别技术的自动对位系统
• 3.3.1 粗定位系统
• 3.3.2 精定位系统
• 3.3.3 自动对位系统的实际应用
• 3.4 本章小结
• 第4章 焦炉机械设备监控系统的设计
• 4.1 监控系统的功能
• 4.2 监控系统的通讯链接
• 4.3 监控系统的软件开发
• 4.3.1 监控系统的项目创建
• 4.3.2 监控系统通讯驱动程序的安装
• 4.3.3 监控系统的变量组态
• 4.3.4 监控系统的界面设计
• 4.3.5 监控系统的过程值归档
• 4.3.6 监控系统的报警记录管理
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢