中厚板辊式淬火机控制系统的设计与应用

论文摘要

针对目前国内中厚板产品档次过低、品种单一、供求矛盾等问题,各中厚板企业纷纷考虑到采用淬火工艺来提高质量、提高性能、提升产品参与国际竞争力。同时辊式淬火机作为中厚板热处理线重要的工艺设备,具有淬火过程冷却速度快、钢板表面淬火均匀等特点,成为当前中厚板生产企业淬火冷却设备的首选形式。本论文依托太钢集团临钢中厚板辊式淬火机项目,针对辊式淬火机工艺复杂,冷却过程控制难度大等特点,且根据国内首套具有自主知识产权的中厚板辊式淬火机设备控制及工艺控制问题,研制开发了辊式淬火机设备的自动控制系统。淬火冷却计算机控制系统采用两级计算机控制系统,其中包括基础自动化系统和过程自动化系统。基础自动化用SIEMENS S7-400PLC实现,同时将PROFIBUS-DP现场总线技术应用于PLC与辊道变频器MM440、ET200M远程模块站间的过程通信,简化了系统,增强了系统的可靠性和稳定性,提高了控制精度。其中基础控制功能包括：阀门开／关控制、钢板的微跟踪控制、水量和压力PID自动控制、联锁控制、数据采集、与过程机数据通信等。利用WINCC图形软件,建立了整个热处理线计算机系统在线数据监控平台,在线监控及故障报警和报表打印,动态实时显示各个过程参数,为优化工艺提供方便条件。过程自动化、HMI与基础自动化级之间的数据通信网采用以太网。所有系统的操作员和监控界面均采用SIEMENS的WINCC。在过程自动化中,简单叙述了过程自动化的控制策略及辊式淬火机过程控制系统的模块功能。在现场调试过程中,各个干扰源对检测元气件的影响很难预料。一些输入信号往往会导致误动作、系统不稳定,甚至带来重大的损失。所以通过编制信号滤波程序来消除干扰信号,提高系统抗干扰能力。同时由于控制参数较多,特别是对水流量的控制精度要求较高,所以选用MATLAB提供的Simulink软件包对被控对象进行PID控制、模糊控制仿真、比较。通过仿真研究表明,采用模糊控制对流量控制效果要优于简单的采用PID控制。中厚板辊式淬火机控制系统已经在现场正常投入运行近一年,给太钢集团临钢中板厂带来了很大效益,具有很强的实用性。并且由于具有较高的性价比,此系统具有较大的推广应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 控制冷却技术的发展
• 1.3 辊式淬火机设备和工艺的概述
• 1.3.1 设备功能控制
• 1.3.2 工艺及工艺参数
• 1.4 中厚板辊式淬火机控制系统
• 1.5 研究内容及关键技术
• 第2章 中厚板辊式淬火机控制系统控制要求及实现
• 2.1 中厚板辊式淬火机自动控制系统的控制功能
• 2.2 中厚板辊式淬火机控制过程实现
• 2.2.1 数据采集和处理
• 2.2.2 阀组的控制
• 2.2.3 位置控制
• 2.2.4 跟踪控制
• 2.2.5 辊道的控制
• 2.2.6 液压站控制
• 2.3 程序说明
• 2.3.1 主程序循环组织块
• 2.3.2 其他组织块
• 2.4 WINCC监控软件设计
• 2.4.1 人机界面功能
• 2.4.2 HMI主画面图
• 2.4.3 其他显示画面
• 2.5 中厚板辊式淬火机过程控制的方案
• 2.5.1 冷却系统控制思想
• 2.5.2 过程控制系统的结构及模块概述
• 2.5.3 模型计算模块概述
• 第3章 中厚板辊式淬火机控制策略
• 3.1 PLC模拟信号和数字信号滤波程序设计
• 3.1.1 对数字量输入程序滤波的方法
• 3.1.2 对模拟量输入程序滤波的方法
• 3.2 流量控制
• 3.2.1 PID控制器简述及采用策略
• 3.2.2 传递函数预算
• 3.2.3 模糊控制的方案
• 第4章 现场设备之间通讯
• 4.1 热处理线计算机系统的现场总线设计
• 4.2 现场总线控制的特点和优势
• 4.3 现场总线PROFIBUS介绍
• 4.3.1 PROFIBUS的技术优势和布线原则
• 4.3.2 现场DP网络状况
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢