转炉实验平台实物模拟控制系统设计与过程建模

摘要

本课题为“985工程”炼钢-精炼-连铸流程的控制系统集成与流程综合优化实验研究平台中的子平台，主要完成了转炉炼钢部分实验平台控制系统的设计与实现。该实验平台可以在实验室环境下真实再现实际炼钢生产过程及炼钢生产控制过程，为工业生产的过程优化控制与调度控制研究奠定基础。
　　主要研究内容如下：
　　(1)转炉炼钢实物模拟部分运动控制实现。完成氧枪升降、炉门炉盖开启及关闭，包车运行等控制，实现转炉实验平台自动化操作。并将PLC控制系统与WinCC监控界面通讯连接，实现整个炼钢过程的可视化监测及控制。
　　(2)实物模拟的转炉倾角伺服控制系统设计与实现。针对实验平台上转炉倾角的控制，设计了以绝对值编码器为传感器的闭环伺服控制系统，并采用逐步逼近算法，保证炉体快速、平稳的倾动。
　　(3)转炉冶炼过程动态模型的建立。基于冶金反应工程学理论，利用单位时间熔池内溶解氧的及热量的收支平衡思想，建立转炉冶炼过程钢液中成分及温度随时间变化的动态模型。基于BP神经网络的转炉终点预报模型的建立，通过随机现场数据的输入，进行模型精度的验证。
　　本课题实现了转炉炼钢部分实验平台的自动化操作，转炉倾角的控制精度为在±180°范围内误差为±0.8°;通过随机数据验证，转炉终点预报精度为，终点碳含量在绝对误差±0.025％内的概率为84.85％，终点温度在绝对误差±20℃内概率为78.79％。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 炼钢-精炼-连铸生产工艺流程

1．3 转炉冶炼过程动态模型的国内外研究现状

1．4 转炉终点钢水预报模型的国内外研究现状

1．5 课题主要研究内容

第2章 转炉炼钢实物模拟运动控制设计

2．1 炼钢-精炼-连铸控制与综合优化实验平台结构

2．2 转炉炼钢实验平台的组成

2．3 转炉实验平台控制系统的设计

2．3．1 系统总体设计

2．3．2 电气电路的设计

2．3．3 电气安装图的设计

2．3．4 监控界面WinCC的设计

2．4 现场布线及电气柜内布线实物图

2．5 本章小结

第3章 转炉倾动伺服控制系统设计

3．1 转炉倾角伺服控制系统组成

3．1．1 控制系统机械元件组成

3．1．2 控制系统电气元件组成

3．2 倾动控制系统设计

3．2．1 控制系统总体方案

3．2．2 控制系统硬件设计

3．2．3 PLC控制系统软件的设计

3．3 转炉倾角控制系统调试及实验结果分析

3．4 本章小结

第4章 转炉炼钢过程动态模型的研究

4．1 钢液中成分变化的动态模型

4．1．1 钢液中成分变化动态模型的原理

4．1．2 钢液中成分变化动态模型的建立

4．2 钢液温度变化的动态模型

4．2．1 钢液温度变化动态模型的原理

4．2．2 钢液温度变化动态模型的建立

4．3 转炉冶炼过程动态模型程序的设计

4．4 本章小结

第5章 基于BP神经网络的转炉冶炼终点预报模型

5．1 BP神经元网络终点预报模型建立思想

5．2 数据样本预处理

5．2．1 数据样本筛选

5．2．2 数据样本标准化处理

5．3 终点预报模型输入向量的确定

5．4 基于BP神经网络转炉终点预报模型的建立

5．4．1 BP神经网络的基本原理

5．4．2 BP神经网络的建立

5．4．3 BP神经网络的训练

5．4．4 BP神经网络的验证

5．5 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