板坯电渣炉控制系统设计及结晶器液位控制方法研究

论文摘要

随着国民经济的发展,许多新钢材品种的需求量十分旺盛。例如,高端模具钢、锅炉容器钢、核电管板钢等,使用这些产品的场合都要求板状产品。采用电渣重熔来生产大型钢板性能优良,和普通钢板比较横向塑性、韧性大大提高。大型板坯电渣重熔的工艺装备简单,投资少,产品在市场中处于高端,经济效益显著。本论文以某钢铁企业40吨板坯电渣炉计算机控制系统为研究背景,在查阅了大量国内外相关文献的基础上综述了电渣炉发展历程。根据熔炼工艺特性对控制系统的控制要求,开发了一套以PLC控制器为核心的先进的计算机控制系统。采用西门子S7—300及ET200S系列PLC设计了基于PROFIBUS-DP的分布式计算机控制系统,实现了对整个精炼过程的控制。利用西门子公司的WinCC组态软件,完成上位机监控软件组态,实现现场数据实时记录和监控。设计了冶炼计时、记录查询、读写工艺参数等动态操作画面。结晶器液位控制是动态结晶器系统中非常重要的环节之一,液位的波动会严重影响铸坯的质量,甚至可能导致熔炼过程中的溢钢和漏钢事故的发生,因此必须将结晶器液位控制在一个合适的范围。但是由于结晶器液位系统具有时变性和非线性特性,而且存在许多不确定扰动因素,无法建立准确的模型,本文基于神经网络对结晶器液位控制部分进行了研究,提出了一种复合式控制方案—基于神经网络的PID控制算法。本文对此算法在动、静态特性和抗干扰特性方面与PID控制进行了仿真比较,为下一步运用于实际生产打下坚实基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电渣重熔技术简介
• 1.2 电渣冶金技术发展历史及现状分析
• 1.2.1 电渣技术的发展历史
• 1.2.2 国内电渣技术的发展
• 1.2.3 生产板坯和扁锭电渣炉发展状况
• 1.2.4 电渣炉控制技术现状分析
• 1.3 本课题研究背景和内容
• 第二章 板坯电渣炉炼钢的工艺和设备
• 2.1 本套电渣炉供电和熔炼方式的确定
• 2.2 电渣炉重熔工艺控制参数的设计
• 2.2.1 重熔电流的确定
• 2.2.2 重熔电压的确定
• 2.2.3 电渣熔速的确定
• 2.2.4 补缩期和重熔期参数的确定
• 2.3 40吨板坯电渣炉操作流程简介
• 2.3.1 熔铸前的准备
• 2.3.2 电渣熔铸
• 2.3.3 熔铸后期处理
• 2.4 40吨板坯电渣炉炼钢设备的组成
• 2.4.1 电气设备
• 2.4.2 机械设备
• 2.4.3 液压与气体保护设备
• 2.5 本章小节
• 第三章 动态结晶器液位控制智能方法研究
• 3.1 结晶器液面控制策略
• 3.1.1 现场结晶器液位控制方法
• 3.1.2 常用液面检测装置介绍
• 3.1.3 本课题采用的液面检测方法
• 3.1.4 钢水液位控制的难点
• 3.1.5 本文控制方法的提出
• 3.2 常规PID控制算法
• 3.2.1 经典PID控制方法
• 3.2.2 数字PID控制算法
• 3.2.3 PID控制的特点
• 3.2.4 西门子PLC的PID控制模块
• 3.3 基于BP神经网络PID控制方法的研究
• 3.3.1 神经网络概述
• 3.3.2 误差反向传播（BP）神经网络
• 3.3.3 抽锭结晶器液位BP神经网络PID系统设计
• 3.4 智能控制方法的仿真研究
• 3.4.1 仿真软件的介绍
• 3.4.2 被控对象的数学模型
• 3.4.3 仿真曲线
• 3.4.4 控制算法的仿真结论
• 3.5 本章小节
• 第四章 电渣炉控制系统的实现
• 4.1 控制系统的结构
• 4.1.1 下位机PLC配置方案
• 4.1.2 上位机硬件配置方案
• 4.1.3 系统电气控制柜组成
• 4.2 PLC编程设计
• 4.2.1 编程软件STEP7V5.3介绍
• 4.2.2 下位机程序总体设计
• 4.3 人机界面的设计
• 4.3.1 WinCC软件简介
• 4.3.2 人机界面功能编辑器组成
• 4.3.3 人机界面的设计
• 4.3.4 触摸屏软件的设计
• 4.4 本章小节
• 第五章 结束语
• 5.1 工作总结
• 5.2 下一步工作和存在问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介