基于PCS7的步进式加热炉计算机控制系统的研究与应用

摘要

加热炉作为钢铁工业轧钢生产线的关键设备和能耗设备，钢坯温度的优化设计和加热炉自动化控制水平直接影响到能耗、烧损率、废钢率、产量、质量等指标。为了实现高效节能、减少污染的目标，轧钢加热炉将向自动化和计算机控制方向进一步发展。PCS7作为面向过程控制的软件开发平台，已经在越来越多的工业控制领域应用。它提出了一种全集成的自动化解决方案，可以为所有的自动化应用提供统一的技术环境。工程技术人员可以在一个平台下对所有应用进行组态和编程，真正体现了计算机自动化控制的特点。 本文以武钢轧板厂2＃步进式加热炉改造项目为背景，论述了在PCS7平台下，如何对加热炉这个复杂的工业系统进行计算机控制，为类似的工业过程计算机控制设计提供了借鉴。 文章从分析步进式加热炉工艺着手，对加热炉的主要设备，如装钢机、步进梁、液压系统、汽化冷却系统和公辅设施的控制要素和控制特点进行了分析，根据上述分析利用S7-400编程软件完成了PLC程序的整体设计。本文第四章根据加热炉的工艺和设备分布特点，在WinCC环境下，组态了加热炉部分监控画面，并阐述了WinCC如何与S7-400进行通讯。文章第五章分析了加热炉一个具体子环节汽化冷却系统水位控制的控制策略，对一种更为先进的专家控制方法进行了探讨，最后一章对全文进行了总结。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1步进式加热炉概述

1.2国内外加热炉计算机控制系统的研究和应用现状

1.2.1国外加热炉计算机控制系统的研究和应用现状

1.2.2国内加热炉计算机控制系统的研究现状

1.2.3国内加热炉计算机控制系统的应用现状

1.3 PCS7过程控制系统

1.3.1 PCS7过程控制系统的主要特点

1.3.2 PCS7过程控制系统的组成

1.4本课题选题背景和研究意义

1.5本课题的主要研究内容

第二章步进式加热炉工艺概况及其控制系统设计

2.1武钢轧板厂步进式加热炉工艺流程

2.2武钢轧板厂步进式加热炉主要设备配置及控制功能分析

2.2.1高架式装钢机设备配置及控制功能分析

2.2.2步进梁控制功能分析

2.2.3液压站设备及控制功能分析

2.2.4汽化冷却系统及公辅设施控制功能分析

2.3武钢轧板厂步进式加热炉总体设计要求

2.3.1工业控制系统设计的原则

2.3.2步进式加热炉控制系统设计的总体要求

2.4本章小结

第三章步进式加热炉PLC控制系统设计及其实现

3.1 PLC控制技术概述

3.1.1 PLC控制技术现状

3.1.2 PLC控制技术的发展

3.1.3 PLC控制技术的应用领域

3.2 S7-400系列PLC简介

3.2.1 S7-400的基本结构

3.2.2 S7-400的特点

3.2.3 S7-400系列PLC的硬件组成

3.3 S7-400编程软件STEP7概述

3.3.1 STEP7标准软件包介绍

3.3.2 STEP7标准软件包介绍

3.3.3 STEP中的块

3.4步进式加热炉PLC控制与程序实现

3.4.1步进式加热炉计算机控制系统总体结构

3.4.2步进式加热炉PLC1主要控制对象

3.4.3加热炉PLC程序在STEP7中的硬件组态

3.4.4 PLC程序的软件设计与实现

3.5本章小结

第四章步进式加热炉WinCC组态软件设计

4.1组态软件简介

4.1.1组态软件的发展和趋势

4.1.2组态软件的设计思想

4.2西门子WinCC组态软件概述

4.2.1 WinCC的产生与发展

4.2.2 WinCC的性能特点

4.2.3 WinCC的系统构成

4.3加热炉上位机WinCC监控画面组态设计

4.3.1加热炉上位机监控主画面

4.3.2加热炉液压站监控画面

4.3.3步进梁运动监控画面

4.3.4公辅设施监控画面

4.4 WinCC与S7-400 PLC的通讯

4.5本章小结

第五章加热炉汽包水位控制策略研究

5.1 PID控制原理

5.2汽包水位的三冲量PID控制策略

5.3汽包水位的专家控制策略

5.4本章小结

第六章全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文