预焙铝电解槽专家模糊控制系统研究

论文摘要

随着计算机和自动化技术的发展,以及生产现场的需求,以计算机为核心的自动控制系统已经被广泛地应用于铝电解的生产过程控制,提高了铝电解的生产效率、延长了电解槽寿命。近年来人们又在尝试采用更先进的控制算法(比如自适应控制,模糊控制,专家系统等),从而进一步完善铝电解控制。论文以85KA预焙铝电解槽为例,根据铝电解“四低一高”的最佳工艺条件,研究开发出铝电解槽智能控制系统。 预焙铝电解槽是一种复杂的非线性、多变量时变系统,模型具有不确定性,浓度、极距、温度和分子比等参数在线检测困难。因此,我们采用智能控制方法来达到预期的控制效果。在广泛收集专家控制经验与知识的基础上总结出新的控制策略,能在脱机状态下独立完成电压、电流的在线采集,正常槽况下的准连续按需下料控制与常态极距调节、槽噪声解析与报告,阳极效应预报与声光报警,人工作业工序监控等功能,能通过CAN总线与监控机交换数据,并接收来自监控机的参数设定与优化,使对电解槽的监控更为精确和可靠。 为了使构建的控制系统能安全、可靠、高效地运行,我们采用基于CAN现场总线的分布式控制系统,在结构上采用三级分布式网络体系结构。 论文首先就专家系统和模糊控制等智能控制技术进行了深入探讨,并着重研究了专家模糊控制器的算法原理在铝电解控制系统中的应用。然后,论文详细说明了硬件的设计方法及其软件实现,并且根据铝电解生产工业的特点给出了抗干扰和保护措施。最后介绍了系统的调试情况,完成了整个系统的开发任务。 本课题的开发和研究成果,将对铝电解工业产生巨大的经济效益,与此同时还将推动智能模糊控制技术在工业生产中的广泛应用。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 铝冶金的历史及铝电解控制技术的发展概况
• 1.1.1 铝冶金技术的历史
• 1.1.2 我国铝电解计算机控制技术的发展历程
• 1.1.3 铝电解计算机控制系统形式发展
• 1.1.4 我国在大型槽有关技术方面与国际水平的比较
• 1.2 课题来源
• 1.3 研究内容及主要工作
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究中所作的主要工作
• 1.4 本章小结
• 第二章 铝电解生产的工艺特点及控制要求
• 2.1 铝电解生产的工艺要求及技术指标
• 2.2 铝电解生产过程的控制要求
• 2.2.1 铝电解槽工作电压的工艺控制要求
• 2.2.2 氧化铝浓度的工艺控制要求
• 2.2.3 阳极效应的工艺控制要求
• 2.3 铝电解生产的辅助工艺
• 2.3.1 铝液水平及出铝
• 2.3.2 抬母线
• 2.3.3 换阳极
• 2.3.4 边加工
• 2.3.5 捞碳渣
• 2.4 本章小结
• 第三章 铝电解槽网络控制系统的设计研究
• 3.1 网络控制系统及其技术特点
• 3.2 现场总线技术及其在网络控制中的应用
• 3.3 铝电解生产过程网络控制系统的设计
• 3.3.1 系统整体结构设计
• 3.3.2 系统的主要功能
• 3.4 本章小结
• 第四章 控制算法研究及控制方案的实现
• 4.1 被控对象模型的主要特点
• 4.2 控制算法的研究
• 4.2.1 模糊控制理论
• 4.2.2 专家控制系统
• 4.2.3 专家模糊控制器的设计
• 4.3 铝电解生产过程控制的实现
• 4.3.1 槽况解析及处理
• 4.3.2 阳极效应管理
• 2O₃浓度控制'>4.3.3 电解槽Al₂O₃浓度控制
• 4.3.4 极距控制
• 4.3.5 出铝过程控制
• 4.4 辅助工艺操作的监控
• 4.4.1 氟化铝自动添加技术
• 4.4.2 阳极更换监控
• 4.4.3 抬母线的监控
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统的硬件软件实现
• 5.1 智能槽控机整体设计
• 5.1.1 数字控制板的设计
• 5.1.2 模拟控制板的设计
• 5.1.3 系统控制软件的设计思想及软件框图
• 5.2 系统各功能模块的硬件软件实现
• 5.2.1 CPU控制模块
• 5.2.2 存储模块
• 5.2.3 数据采集及处理模块
• 5.2.4 I／O扩展模块
• 5.2.5 键盘模块
• 5.2.6 显示模块
• 5.2.7 通信模块
• 5.3 系统抗干扰设计
• 5.3.1 系统硬件抗干扰设计
• 5.3.2 软件干扰问题及相应处理
• 5.4 阳极升／降机构保护电路
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统调试经验的总结与探讨
• 6.1 硬件调试方案
• 6.1.1 数字电路板
• 6.1.2 模拟电路板
• 6.1.3 显示板
• 6.2 软件调试方案
• 6.3 调试中的问题及解决办法
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 7.1 系统的基本评价
• 7.2 论文的主要工作和研究成果
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果