双极串联式电渣炉控制系统设计与控制算法研究

论文摘要

随着市场对高品质精细钢材的需求不断增加,电渣重熔工艺更广泛应用在生产实践中,其技术得到了更大的创新和发展,工艺也日渐成熟。作为一种二次精炼冶金技术,双极串联技术在电渣重熔冶金中的应用使其具有新的特点。其双极串联的供电回路,使电渣炉的功率因素可以提高到0.9左右,在很大程度上提高了效率,减少了电耗。本课题以实际工程项目的设计为背景,首先对双极串联式电渣炉的生产工艺特点和设备情况进行了介绍,尤其是对其双极串联的供电回路进行了分析。针对该电渣炉的特点,确定控制方案,并对其控制系统进行软硬件组态设计。采用西门子公司的PLC S7-200及K-TP178Micro触摸屏分别作为控制系统的下位机和上位机人机接口,在实现系统控制功能、满足生产要求的同时,降低了一次性投入成本,性价比高。由于双极串联式电渣炉是个多变量、非线性、强耦合、时变及随机干扰较强的系统,其数学模型难以确定。为了追求控制效果的进一步完善,对控制系统中的关键控制器进行算法研究。采用模糊自整定控制器对PID控制器的KP,KI和KD参数进行在线整定,以适应生产过程中出现的各种情况。本课题中对PID参数模糊自整定控制器的设计进行了分析研究,为以后电渣炉控制系统的模糊控制器设计做了一定的准备工作,具有实践指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电渣重熔技术原理
• 1.2 电渣重熔技术的发展历程
• 1.2.1 电渣重熔技术的发展
• 1.2.2 双极串联式电渣重熔
• 1.3 模糊控制技术
• 1.3.1 模糊控制的产生与发展概况
• 1.3.2 模糊控制的改进方法
• 1.4 任务和目标
• 第二章 双极串联式电渣炉工艺和设备
• 2.1 双极串联式电渣冶金介绍
• 2.1.1 双极串联式电渣冶金的优点
• 2.1.2 双极串联式电渣冶金的供电特点
• 2.1.3 双极串联式电渣炉供电回路等效分析
• 2.2 双极串联式电渣冶金工艺概述
• 2.3 双极串联式电渣冶金工艺参数
• 2.3.1 双极串联式电渣冶金参数
• 2.3.2 双极串联式电渣基本控制参数
• 2.3.2.1 渣量的确定
• 2.3.2.2 电极轴心间距
• 2.3.2.3 电制度对冶金质量和效率的影响
• 2.3.3 双极串联式电渣冶金的主要目标参数
• 2.3.3.1 金属熔池深度
• 2.3.3.2 熔化速度
• 2.3.3.3 冷却制度
• 2.4 双极串联式电渣重熔的操作流程
• 2.4.1 起弧化渣
• 2.4.2 正常熔炼
• 2.4.3 补缩填充
• 2.5 双极串联式电渣炉的主要机械设备
• 2.5.1 立柱和横臂
• 2.5.2 电极升降机构
• 2.5.3 电极夹持器
• 2.5.4 结晶器和底水箱
• 2.6 双极串联式电渣炉的主要电气设备
• 2.6.1 高压供电相关设备
• 2.6.2 低压控制柜
• 2.6.3 主要电气执行机构
• 2.7 本章小结
• 第三章 电渣炉自动控制系统设计
• 3.1 控制系统的主要控制功能
• 3.1.1 台车控制
• 3.1.2 化渣用石墨电极的升降控制
• 3.1.3 自耗电极升降控制
• 3.1.4 电极夹紧/放松控制
• 3.1.5 变压器励磁调压的控制
• 3.1.6 循环冷却水泵和排烟除尘风机的起停控制
• 3.1.7 有关故障报警的控制
• 3.2 控制策略
• 3.3 控制系统的硬件设计
• 3.4 控制系统功能的软件设计
• 3.4.1 下位机PLC软件设计
• 3.4.2 上位机触摸屏的软件设计
• 3.5 系统运行调试
• 3.6 本章小结
• 第四章 双极串联式电渣炉控制算法研究
• 4.1 常规PID
• 4.2 数字PID控制算法
• 4.2.1 位置式PID控制算法
• 4.2.2 增量式PID控制算法
• 4.2.3 数字PID控制算法实现方式比较
• 4.2.4 数字PID的改进
• 4.3 模糊控制
• 4.3.1 模糊控制的基本思想
• 4.3.2 模糊控制器设计方法
• 4.3.3 模糊化接口
• 4.3.4 知识库
• 4.3.5 推理机
• 4.3.6 解模糊接口
• 4.4 双极串联式电渣炉PID参数模糊自整定控制器的研究与设计
• 4.4.1 模糊化处理
• 4.4.2 模糊推理规则
• 4.4.3 解模糊
• 4.4.4 程序设计流程
• 4.4.5 仿真研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢