钢包精炼炉配料控制系统的研究与设计

摘要

随着科学技术的高速发展，对炼钢的生产率、钢的成本、钢的纯洁度以及使用性能，都提出了愈来愈高的要求。提高钢水质量的有效途径是通过对钢水进行精炼操作来调节钢水成分，其主要设备是钢包精炼炉。湖南湘潭钢铁集团有限公司炼钢厂钢包精炼炉配料控制系统（以下简称湘钢钢包精炼炉配料控制系统）由于存在“落差”，存在单速配料难以解决配料速度与配料精度这对矛盾，以及存在操作工经验差别导致配料精度不稳定等问题，难以满足用户对钢产品日益苛刻的质量要求。
　　本文针对目前湘钢钢包精炼炉配料控制系统存在的这些问题，采用分阶段配料，在配料初期，为了节约配料时间使系统处于快速放料状态。当称量斗内物料重量达到期望重量的70％左右时，为了更好地控制配料精度使系统处于慢速放料状态。由于系统配料的物料种类不同，即使在同样的振动频率下，物料的配料流量也相差很大，为了更好地解决配料速度与配料精度这对矛盾，本文利用模糊控制技术，根据物料流量（配料的物料重量误差变化率），使快速放料和慢速放料分界点动态化。为了补偿“落差”所引起的误差，本文采用迭代学习控制算法来补偿“落差’，以物料最终的物料重量与期望的物料重量的误差来不断修正提前关闭量，经过一段时间后，可使配料精度达到工艺可允许的范围内。
　　本文利用西门子S7-300 PLC对湘钢钢包精炼炉配料控制系统进行了软、硬件设计，并给出了程序框图和关键函数清单。采用Wincc6.0监控组态软件对上位机进行了人机界面设计，实现了对湘钢钢包精炼炉配料控制系统进行远程操作、控制和监视功能，对系统出现了比较严重的故障时，实现了语音报警功能，上位机与下位机通信采用工业以太网来实现。另外，配料的期望重量是根据钢水成分来确定的，为了更能直观地显示来自化验室钢水成分等数据信息，设计了LED显示屏来显示钢水成分等信息。
　　论文的自动布料算法已经在湖南湘潭钢铁集团有限公司炼钢厂钢包精炼炉配料控制系统中得到应用，现场运行结果表明，自动布料部分运行可靠、操作方便、并且与原来相比可以节省一个操作人员。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 国内外发展现状

1．4 本文完成的主要工作

第二章 钢包精炼炉配料控制系统总体方案设计

2．1 钢包精炼炉配料控制系统操作流程

2．1．1 钢包精炼炉配料控制系统操作流程

2．1．2 湘钢钢包精炼炉现有的配料系统

2．2 钢包精炼炉配料系统的控制策略

2．3 钢包精炼炉配料系统的硬件结构

2．4 钢包精炼炉配料系统控制策略的实现基本流程

2．5 本章小结

第三章 钢包精炼炉配料控制系统的控制算法

3．1 钢包精炼炉配料控制系统整体控制策略

3．2 模糊控制及其原理

3．2．1 模糊控制概述

3．2．2 模糊控制系统原理

3．3 迭代学习控制及其原理

3．3．1 迭代学习控制概述

3．3．2 迭代学习控制原理

3．4 钢包精炼炉配料控制系统控制策略的实现

3．4．1 用于配料控制系统的模糊控制实现依据

3．4．2 用于配料控制系统的模糊控制算法设计

3．4．3 用于配料控制系统的迭代控制算法实现依据

3．4．4 用于配料控制系统的迭代控制算法

3．4．5 精炼炉配料控制系统控制过程仿真

3．5 本章小结

第四章 钢包精炼炉配料控制系统的硬件设计

4．1 钢包精炼炉配料控制系统的硬件总体设计

4．2 钢包精炼炉配料控制系统输入／输出信号地址

4．2．1 I／O模块地址的确定

4．2．2 钢包精炼炉配料控制系统输入／输出信号地址

4．3 钢包精炼炉配料控制系统的硬件组态

4．4 钢包精炼炉配料控制系统硬件设计

4．4．1 中央处理器

4．4．2 数字量输入通道设计

4．4．3 数字量输出通道设计

4．4．4 模拟量输出通道设计

4．4．5 上位机与下位机通信设计

4．4．6 机架扩充模块

4．4．7 电源设计

4．4．8 重量检测电路设计

4．4．9 执行机构电磁振动给料器电路设计

4．5 钢包精炼炉LED显示屏硬件设计

4．6 本章小结

第五章 钢包精炼炉配料控制系统的软件设计

5．1 软件功能与目标

5．2 钢包精炼炉配料控制系统的程序设计

5．2．1 迭代学习控制程序

5．2．2 模糊控制程序

5．2．3 称量小车在线测重程序

5．2．4 利用一辆称量小车称重多种物料的实现

5．2．5 料仓物料重量检测程序

5．2．6 数字滤波程序

5．2．7 自动布料程序

5．2．8 对配料结果出现意外的补偿程序设计

5．3 上位监控机人机界面设计

5．3．1 监控组态软件与下位机通信设置

5．3．2 钢包精炼炉配料控制系统总貌界面

5．3．3 钢包精炼炉配料控制系统称量操作界面

5．3．4 钢包精炼炉配料控制系统布料操作界面

5．3．5 钢包精炼炉配料控制系统加料操作界面

5．3．6 钢包精炼炉配料控制系统报警记录界面

5．3．7 严重故障的语音报警功能

5．4 钢包精炼炉LED显示屏软件设计

5．5 本章小结

第六章 论文总结与展望

6．1 论文总结

6．2 未来工作的展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加的科研项目