板坯修磨机控制系统的研究与实现

摘要

在钢铁工业生产过程中，为了保证不锈钢成品的质量和提高成材率，板坯在进行轧制前，用砂轮对表面氧化铁皮及表面缺陷要进行全面修磨和局部修磨，提供优质产品来满足客户要求，降低其下游工序的生产成本，从而获得市场上更大的竞争力。修磨机已被国内外钢铁厂广泛应用，已成为不锈钢和特殊钢生产必不可少的重要工序之一。
　　本文以板坯修磨机为研究对象，首先归纳总结了国内外修磨机的发展现状及趋势，分析了修磨机的工作原理。确定了控制系统的总体设计方案和软、硬件结构，选择西门子公司的S7-400可编程控制器和Sinamics变频器为主要设备，利用PROFIBUS-DP通信网络的基本功能和配置方式，实现板坯修磨机分布式通信网络，应用电液伺服控制技术对修磨机电气控制系统进行自动控制，完成了整个控制系统的硬件设计和软件编程，最终实现对板坯表面的修磨。
　　论文重点研究了修磨机磨头升降液压伺服系统的原理和控制策略。针对磨头升降常规PID控制体现的效果不理想现状，设计了模糊PID控制器。应用MATLAB的模糊控制工具箱，实现输入量的模糊化、模糊控制表的查询、输出量去模糊化，再对PID参数进行调整，并和常规PID控制的结果进行对比分析。
　　结果表明模糊PID控制比常规PID具有超调控制效果较好，系统稳定速度快的特点，证明了在磨头升降实施模糊PID控制的可行性，对今后系统的进一步优化具有较大的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外板坯修磨机技术的发展

1．3 修磨机控制手段的发展

1．4 本文研究的主要内容

第2章 板坯修磨机工艺及控制原理

2．1 板坯修磨机工艺流程及性能特点

2．1．1 板坯修磨机工艺流程

2．1．2 修磨方式和特点

2．1．3 修磨机性能和处理能力

2．1．4 影响板坯修磨的因素

2．2 修磨机控制系统的组成及原理

2．3 本章小结

第3章 磨头升降控制器的设计与仿真研究

3．1 磨头升降系统结构

3．2 磨头升降液压系统数学模型的建立

3．2．1 伺服放大器

3．2．2 电液伺服阀

3．2．3 阀控液压缸

3．2．4 位置传感器

3．2．5 磨头升降控制模型

3．3 常规PID控制器的设计

3．3．1 常规PID控制的基本原理

3．3．2 PID控制仿真

3．4 模糊PID控制器设计

3．4．1 模糊控制理论概述

3．4．2 模糊PID控制器基本原理

3．4．3 语言变量和模糊化策略的确定

3．4．4 模糊控制规则的建立

3．4．5 模糊推理及去模糊化

3．4．6 模糊控制仿真

3．5 本章小结

第4章 控制系统硬件设计

4．1 系统设计原则

4．2 控制系统硬件选型及设计

4．2．1 控制系统硬件拓扑结构

4．2．2 可编程控制器(PLC)

4．2．3 人机界面(HMI)

4．2．4 SINAMICS S120变频驱动

4．2．5 PLC控制系统I／O点数的确定

4．2．6 其他元件

4．2．7 修磨PLC系统硬件配置

4．3 控制系统电路设计

4．3．1 紧停电路

4．3．2 控制系统抗干扰设计

4．4 本章小结

第5章 控制系统的软件设计

5．1 STEP7软件介绍

5．2 PLC程序的设计

5．2．1 程序设计的基本过程和步骤

5．2．2 程序逻辑设计

5．2．3 HMI画面的设计

5．3 控制系统各部分设计

5．3．1 主磨头控制系统

5．3．2 修磨台车控制系统

5．3．3 运料小车控制系统

5．4 系统故障处理程序设计

5．5 本章小结

第6章 修磨机控制系统试验研究

6．1 系统调试

6．2 系统问题解决

6．3 调试运行结果

6．4 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢