蓄热式钢包自动烘烤器及控制系统研制

摘要

钢包是炼钢-连铸生产工艺流程中的关键设备。钢包自动烘烤器对钢铁行业降低生产成本、提高产量和节能降耗具有非常重要的意义。目前，我国众多的钢包自动烘烤器以PLC控制为主，系统成本高、布线复杂且控制模式简单。
　　 本文针对钢包烘烤的特点，设计了一种基于ARM的蓄热式钢包自动烘烤器及其控制系统。首先，从课题背景深入分析，根据钢包烘烤控制的功能需求确定了系统总体设计方案。其次，根据钢包烘烤过程中温度变化的特点，设计了适用于本控制系统的基于参数自整定钢包温度模糊PID控制策略和双交叉限幅钢包烘烤燃烧控制策略，并对控制策略进行了Matlab-Simulink仿真，结果表明该设计方案较常规控制具有更为理想的性能指标。在此基础上，详细介绍了系统硬件电路设计和软件实现方案。系统硬件以ARM7微处理器为核心，按照模块化设计了电气控制回路、接口控制电路、数据通讯电路和电源电路等，并对系统电磁兼容性进行设计，保证了系统的稳定性与可靠性。软件设计包括温度和燃烧控制算法、数据采集、控制量输出、串口通讯和上位机界面设计。最后通过搭建实验平台，对控制系统做了整体调试，实验结果表明，引入模糊控制能有效改善系统温度的滞后性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 钢包烘烤技术国内外发展状况

1．2．1 钢包烘烤烧嘴的发展

1．2．2 蓄热式燃烧技术的发展

1．3 钢包烘烤控制策略研究现状

1．4 钢包烘烤自动控制器发展现状

1．5 本文研究工作

2 烘烤器系统总体分析与设计

2．1 蓄热式钢包烘烤装置结构

2．2 蓄热式燃烧技术工作原理

2．3 系统控制需求分析

2．3．1 控制系统功能要求

2．3．2 控制系统采集点分析

2．4 系统总体方案设计

2．4．1 总体结构设计方案

2．4．2 控制方案分析

2．5 本章小结

3 烘烤器自动控制方案研究与设计

3．1 钢包烘烤控制系统方案设计

3．1．1 钢包烘烤控制系统方案确定

3．1．2 钢包烘烤控制系统设计

3．2 钢包烘烤温度控制器方案设计

3．2．1 钢包温度控制器方案确定

3．2．2 钢包温度控制器设计

3．3 燃烧换向控制方案设计

3．3．1 换向时间

3．3．2 换向控制方案设计

3．4 本章小结

4 烘烤器系统硬件分析与设计

4．1 硬件总体方案

4．2 信号检测方案

4．2．1 温度信号

4．2．2 压力信号

4．2．3 流量信号

4．3 控制器硬件电路设计

4．3．1 控制器硬件总体设计

4．3．2 微处理器单元设计

4．3．3 输入电路设计

4．3．4 输出电路设计

4．3．5 通讯电路设计

4．3．6 电源电路设计

4．3．7 其他电路设计

4．4 电磁兼容性设计

4．4．1 去耦技术

4．4．2 隔离技术

4．4．3 抑制浪涌

4．4．4 PCB设计

4．5 硬件电路测试

4．6 本章小结

5 烘烤器控制算法及软件设计

5．1 系统控制方案仿真与分析

5．1．1 参数自整定钢包温度模糊PID控制仿真

5．1．2 双交叉限幅钢包烘烤控制方案的仿真

5．2 系统软件方案设计

5．2．1 系统主程序设计

5．2．2 钢包升温曲线设计

5．2．3 数据采集程序设计

5．2．4 控制算法程序设计

5．2．5 控制量输出程序设计

5．2．6 串口通讯设计

5．2．7 上位机界面设计

5．3 本章小结

6 系统实验调试与分析

6．1 系统测试

6．2 实验过程与结果分析

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

附录