氧化锌晶须生产过程自动控制系统设计与应用

摘要

氧化锌晶须生产过程是一个较为复杂的过程。由于长期依靠人工经验，现场操作缺乏科学的指导，使得通入氧化炉的气体参数不稳定，导致氧化锌晶须产品质量低。为此开发氧化锌晶须自动控制系统，将先进的自动控制技术应用于晶须生产过程，对稳定工艺参数、提高晶须产品质量以及实现生产过程综合自动化具有非常重要的意义。 本文以氧化锌晶须生产过程为研究对象。在分析了氧化锌晶须生产过程中氧化炉用气参数与晶须质量的关系后，根据影响氧化炉用气的两个主要参数——氧含量和流量，进行了配气控制系统的研究和设计。本文首先提出了该控制系统的结构框架，并总结了其功能特点；然后针对实际配气系统存在时滞性和耦合性的特点，以及配气系统存在不确定外部因素干扰的特点，根据其动态特性建立了数学模型，采用前馈解耦控制算法和增量式PID算法，设计了相应的控制器；最后开发了控制系统的监控软件，并给出了运行结果。 应用软件采用EasyBuilder组态软件和Siemens PLC S7-300系列的STEP 7软件编制，实现了配气过程重要参数的监视、氧含量和流量的稳定控制和报警等功能。实际运行情况表明系统可靠性高、实用性好。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1课题的来源及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1氧化锌晶须研究现状

1.2.2控制系统研究现状

1.3研究内容

1.4论文结构

第二章控制系统总体设计

2.1氧化锌晶须生产工艺过程分析

2.1.1氧化炉内晶须生长机理过程分析

2.1.2配气过程耦合分析

2.1.3生产工艺中尾气利用分析

2.2系统控制要求及难点

2.3系统设计思想及方法

2.4控制系统设计

2.4.1硬件选型及特点

2.4.2控制系统组成

2.4.3触摸屏、PC和PLC三者的通讯

2.5小结

第三章控制器设计

3.1配气系统对象建模

3.1.1配气系统对象模型的描述

3.1.2系统耦合的数学模型

3.1.3系统控制回路选择

3.2解耦控制器的设计

3.2.1 MIMO系统建模方法

3.2.2解耦控制器的设计思路

3.2.3前馈补偿解耦控制器设计原理

3.2.4解耦控制器的设计

3.3增量式PID控制器设计

3.3.1 PID控制原理

3.3.2 PID控制器设计

3.4基于Simulink的控制系统仿真

3.4.1 Simulink模块库介绍

3.4.2 Simulink下控制系统的建模

3.4.3仿真结果及分析

3.5小结

第四章软件设计及算法实现

4.1应用软件的总体框架

4.2软件开发平台及开发工具

4.2.1组态软件介绍

4.2.2 Siemens STEP 7标准软件包

4.2.3软件调试方法

4.3软件功能实现

4.3.1软件结构及功能

4.3.2功能模块介绍

4.4 PLC编程及算法实现

4.4.1 STEP7组态

4.4.2控制逻辑分析

4.4.3算法实现

4.5小结

第五章控制系统工业应用

5.1操作台设计

5.2系统运行效果

5.3系统性能评价

5.4小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

参与科研项目及发表学术论文