多功能感应炉控制系统设计及顶底复吹控制方法的研究

摘要

海洋中蕴藏着丰富的矿产资源，在陆地资源日趋减少的情况下，开发深海矿物意义深远。而如何对海洋矿产资源尽量节约、便捷、准确的加工利用是深海矿产开发的一个关键环节。基于以上背景，应某研究院深海矿产资源开发利用技术实验室要求，本文提出一套以多功能感应炉为主体的控制系统，并进行吹气系统流量控制方法的研究。
　　本文首先阐述了多功能感应炉的工作原理、发展历程以及顶底复吹工艺。此感应炉设备将熔钢、吹气精炼以及加热控温等功能结合起来，实现了多功能冶炼。由于其自身特点，使用起来十分方便、灵活，不仅可进行不同钢种冶炼实验还可进行工艺测试实验。然后，在了解感应炉精炼工艺的基础上，根据现场实际，描述了感应炉冶炼操作流程及系统设备组成。
　　接着本文介绍了基于S7-200系列PLC的计算机控制系统设计方法，包括:控制系统配置、控制原理图设计、下位机模块化编程和上位机界面设置等方面。此设计实现了对感应炉设备、吹气装置、中频电源设备等对象的自动控制。并且由上位机监控管理级和下位机PLC过程控制级组成两级控制系统，具有信息、操作管理的集中化，控制的分散化和生产的高度自动化等优点。
　　最后，根据现场实际作业中存在的吹气系统流量控制不足问题进行深入研究。吹气流量控制是感应炉冶炼控制的重要部分，其性能好坏对实验的效果影响重大。而目前吹气技术存在全程流量调节欠准确、调整范围有限等缺陷。具体表现为:当流量调节幅值跨度较大时，采用传统的PID控制，即使用固定的PID控制参数不能得到良好的响应结果。针对这一问题，本文提出了基于BP神经元网络的PID控制算法，该算法将神经网络和PID控制规律融为一体，既具有常规PID控制器结构简单、参数物理意义明确的特点，又具有神经网络自学习、自适应的能力。通过对此算法的仿真研究，得到了满意的控制效果，为下一步运用于实际生产打下坚实基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 立题背景

1．2 中频感应炉原理介绍

1．2．1 中频感应炉熔炼的特点

1．2．2 中频感应炉的炉体结构

1．2．3 中频感应加热技术与设备的发展及现状

1．3 顶底复吹工艺介绍

1．3．1 炉外精炼工艺的产生与发展

1．3．2 顶底复吹气体的作用及原理

1．4 本文主要研究内容

1．5 本文组织结构

第2章 多功能感应炉工艺与设备

2．1 多功能感应炉工艺介绍

2．1．1 装料与熔化

2．1．2 底吹搅拌工艺

2．1．3 吹氧脱锰工艺

2．1．4 冶炼的造渣技术

2．1．5 冶炼的温度控制

2．1．6 感应炉冶炼操作

2．2 多功能感应炉系统设备介绍

2．2．1 机械与熔炼设备

2．2．2 电气设备

2．3 本章小结

第3章 多功能感应炉控制系统设计

3．1 多功能感应炉控制系统的基本设计

3．1．1 控制系统功能要求

3．1．2 控制系统配置方案

3．2 多功能感应炉控制系统硬件设计

3．2．1 控制系统I／O表

3．2．2 典型控制原理图设计

3．3 PLC模块化程序设计

3．3．1 编程软件STEP7 MicroWIN介绍

3．3．2 控制程序模块化实现

3．3．3 PLC模块化程序举例

3．4 上位机监控软件设计

3．4．1 上位机软件WinCC介绍

3．4．2 上位机软件WinCC主要功能

3．4．3 上位机界面设计

3．5 基于OPC技术的电能表通讯功能设计

3．5．1 OPC简介

3．5．2 OPC在WinCC中的应用

3．6 本章小结

第4章 多功能感应炉顶底复吹控制方法研究

4．1 顶底复吹系统的常规PID控制

4．1．1 PID控制方法简介

4．1．2 顶底复吹系统常规PID控制构成

4．1．3 PID控制的编程实现

4．1．4 传统控制方式不足

4．2 顶底复吹系统的智能控制方法研究

4．2．1 顶底复吹系统的智能控制策略

4．2．2 神经元网络简介

4．2．3 神经元网络和PID控制的结合方式

4．2．4 误差反向传播(BP)神经网络简介

4．2．5 底吹气体流量的BP神经网络PID控制算法设计

4．3 智能控制方法的仿真研究

4．3．1 底吹气体系统模型确立

4．3．2 仿真软件MATLAB／Simulink介绍

4．3．3 控制方法仿真结果对比

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 存在问题和展望

参考文献

致谢

作者简介