转炉炼钢水处理控制系统设计

摘要

论文涉及的课题来自首钢京唐钢铁联合有限责任公司300t转炉水处理工程项目，论文论述了该水处理控制系统的硬件配置情况和软件开发过程，重点研究解决了变频调速恒压供水这一关键问题。
　　论文首先介绍了水处理系统的工艺特点及控制要求。重点以水处理控制系统中煤气冷却器供水泵、蒸发冷却器供水泵和中速过滤器为研究对象，以可编程逻辑控制器西门子S7-400 PLC为硬件平台、以编程软件STEP7和组态软件Wincc6.0为开发环境，详细论述了水处理控制系统的硬件选型、组态、PLC程序和监控软件开发。另外，还介绍了PROFIBUS现场总现在工程中应用的情况。
　　论文就恒压PID控制进行了重点研究，利用PLC和变频技术实现了恒压供水的目的。在生产中的实际使用表明，在对超调量和响应时间要求不高的情况下，数字式PID在参数整定后能得到较好的控制效果，能满足现场使用要求。
　　为获得更好的控制效果，以满足更高的控制要求，研究了模糊PID控制方法，设计了模糊PID控制器并进行仿真。通过仿真表明，模糊PID控制方法较常规PID控制方法有更好的控制效果。
　　最后对论文工作进行了总结和展望。实际运行情况证明，该系统达到了控制要求，运行情况良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 项目来源

1．2 水处理自动控制技术发展现状

1．2．1 自动控制技术背景

1．2．2 水处理自动控制技术发展现状

1．3 论文主要研究内容

第2章 转炉水处理自动控制系统硬件设计

2．1 水处理工艺介绍

2．2 水处理自动控制系统组成

2．2．1 上位机监控

2．2．2 PLC柜

2．2．3 UPS系统

2．2．4 低压配电室

2．2．5 现场盘柜

2．3 PLC系统设计

2．3．1 上位机

2．3．2 PLC控制系统硬件配置

2．3．3 PLC系统电源

2．3．4 PLC控制系统硬件介绍

2．4 主电路系统

2．4．1 主电路系统用电设备

2．4．2 主电路系统设计

2．5 PROFIBUS总线在控制系统中的应用

2．5．1 PROFIBUS总线介绍

2．5．2 选用现场总线的原因

2．5．3 现场总线在本系统中的应用

2．6 自动控制系统硬件组态

2．6 本章小结

第3章 转炉水处理自动控制系统软件设计

3．1 自动控制方式

3．2 Step7 V5．4编程功能介绍

3．3 控制系统程序设计

3．3．1 故障检测子程序

3．3．2 数字PID子程序

3．3．3 对外通讯子程序

3．4 WinCC在水处理系统中的应用

3．4．1 WinCC6．0介绍

3．4．2 监控画面设计

3．5 本章小结

第4章 关键技术问题的研究解决

4．1 水泵理论及工况点分析

4．1．1 水泵的铭牌参数

4．1．2 水泵基本特性曲线

4．1．3 水泵工况调节

4．2 变频调速工作原理

4．3 供水压力和变频器输出频率的关系

4．4 恒压供水系统模型

4．4．1 恒压供水系统理论模型

4．4．2 变频恒压供水的近似数学模型

4．5 PID控制器设计

4．5．1 经典PID控制及调节

4．5．2 数字PID控制算法

4．5．3 S7-400PLC的PID模块分析

4．6 PID控制算法的实际响应曲线

4．7 本章小结

第5章 模糊控制器设计

5．1 模糊控制原理及特点

5．1．1 模糊控制原理

5．1．2 模糊控制特点

5．1．3 模糊控制存在的主要问题及解决方案

5．2 模糊控制器设计的一般方法

5．2．1 变量的选择

5．2．2 论域与量化因子

5．2．3 语言变量与模糊化策略的确定

5．2．4 隶属度函数的选择

5．2．5 建立模糊控制规则

5．2．6 确定模糊推理机制

5．2．7 解模糊化

5．3 模糊PID控制原理

5．4 恒压供水模糊PID控制器设计

5．4．1 模糊控制器的结构

5．4．2 确定语言变量

5．4．3 确定语言值的隶属度函数

5．4．4 模糊控制规则设计

5．4．5 确定模糊推理机制并建立模糊查询表

5．4．6 采样时间选择

5．5 模糊控制器仿真

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢