锰铁合金精炼炉控制策略和控制方法的研究

摘要

锰铁合金是铁合金的一种，是钢铁冶炼使用的重要脱氧剂和合金添加剂，在我国建设生产过程中起着战略性作用。现阶段我国大部分锰铁合金生产企业的生产水平和先进控制技术应用水平还比较落后，仍然采用人工控制和半人工控制，因此实现锰铁合金熔炼整个过程自动控制，对改善产品质量和提高生产效率具有重要意义。 本课题以某铁合金厂大型锰铁合金精炼炉自动控制系统设计为课题背景，为了实现锰铁合金熔炼生产过程自动控制，提高生产效率，增强熔炼效能的目标，设计了锰铁合金精炼炉电极自动控制系统。 锰铁合金精炼炉在生产过程中，采用埋弧的生产工艺，同时当熔炼进行到一定程度后炉料逐渐加入炉内。由于熔炼过程中不同时期对电极控制的要求不同，需采用不同的控制策略和控制方法。本文通过对精炼炉生产工艺和炉内电路特性的分析，总结出整个熔炼过程不同时期的特点和对控制的要求，结合控制策略和控制方法的自身特点，融合了实际生产过程中积累下来的专家经验知识，提出了基于专家规则的炉况自动识别和相应各个阶段电极系统控制器设计方案。并依托西门子公司生产的S7-300PLC平台，实现了锰铁合金精炼自动控制系统的实际应用。进一步验证了控制器的设计方案，实现了整个熔炼过程的自动控制，提高了锰铁合金生产效率。在自动控制系统设计过程中，其中主要的工作内容主要体现在以下几个方面: (1)实现了基于专家规则的炉况自动识别和控制器设计。 a、依据锰铁合金熔炼生产过程的特点，将熔炼过程进行了阶段划分即起弧熔炼阶段和还原熔炼阶段。采用模糊专家系统，利用电极电流标准差、电能输入和熔炼时间作为输入量，实现了对正常熔炼炉况经行自动识别。 b、采用传统的专家系统，利用电极电流的变化情况，实现了对精炼炉异常炉况自动识别。 c、依据实际生产中积累的专家经验知识和炉内电路分析，总结出专家控制规则，实现了起弧熔炼阶段电极系统的自动控制。 (2)基于恒阻抗控制策略的电极系统模糊PID控制器的设计 在锰铁合金熔炼进行到还原熔炼阶段，采用恒阻抗控制策略，通过模糊控制器对PID参数进行在线整定，实现了该阶段电极控制系统设计。 (3)工业应用系统设计 设计了以PLC和工业计算机为平台，具有数据采集和处理、生产过程控制、操作平台、数据通讯和监控等功能的自动控制系统。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景和意义

1．1．1课题研究背景

1．1．2课题研究意义

1．2锰铁合金的发展现状

1．2．1世界锰铁合金行业现状

1．2．2我国锰铁合金行业现状和存在问题

1．3国内外精炼炉电极调节方法的现状和发展

1．4锰铁合金精炼炉生产过程

1．4．1锰铁合金的生产原理和工艺

1．4．2锰铁合金精炼炉简介及生产工艺过程

1．4．3锰铁合金精炼炉内部电路特征

1．5论文内容简介和章节安排

第2章电极系统控制策略和控制方法的选择

2．1锰铁合金精炼炉电极控制系统设计构想

2．1．1电极控制系统

2．1．2整体设计思路

2．1．3阶段特点分析

2．2控制策略和控制方法分析

2．2．1控制策略分析

2．2．2控制方法分析

2．3电极系统控制策略和控制方法的选取

2．3．1起弧熔炼阶段电极系统控制策略和控制方法的选择

2．3．2还原熔炼阶段电极系统控制策略和控制方法的选择

2．4本章小结

第3章基于专家知识的熔炼阶段识别及电极控制器的设计

3．1专家系统简介

3．2基于专家知识的冶炼阶段识别方法

3．2．1模糊专家系统简介与结构

3．2．2相关知识库的建立

3．2．3识别量的模糊化

3．2．4模糊推理及解模糊化

3．3基于专家系统的熔炼阶段控制器设计

3．3．1专家知识的获取

3．3．2相关经验知识转化为知识原型

3．3．3知识原型转化为专家规则

3．4本章小结

第4章基于模糊PID的还原熔炼阶段电极控制器设计

4．1基于模糊PID的电极控制器整体设计构想

4．2 PID控制器

4．2．1采样周期T的确定

4．2．2 PID控制器参数设定

4．3模糊控制器

4．3．1模糊控制器简介

4．3．2模糊控制的设计

4．4本章小结

第5章锰铁合金精炼炉电极自动控制系统的工业应用

5．1 PLC的简介

5．2设计构想

5．3电极自动控制系统实际工业应用设计

5．3．1系统硬件构成和软件设计

5．3．2下位机的功能和设计

5．3．3上位机的功能和设计

5．4本章小结

第6章结论与展望

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢