不锈钢板坯连铸机结晶器液位控制系统的研究与应用

摘要

钢铁行业的的迅猛发展离不开连铸机过程控制技术的快速发展。结晶器液位控制技术是衡量连铸过程控制水平的一个重要工艺指标。结晶器液位波动是铸坯产生质量问题的重要因素之一，提高结晶器液位控制精度，对于提高板坯质量有重要的意义。基于不锈钢产品的特性，对板坯表面质量要求较高，结晶器液位控制精度高于普碳钢。通过液位控制系统的研究和设计，提高不锈钢结晶器液位控制精度，对提高不锈钢板坯表面质量具有重要作用。
　　目前，连铸机结晶器液位控制采用常规PID控制，对结晶器液位控制过程中的非线性、时变等干扰因素的鲁棒性比较弱，液位不稳定，一般波动在±8mm左右，易造成不锈钢板坯表面质量缺陷，缺陷板坯需要进行二次处理，进行表面修磨。表面修磨不仅造成不锈钢本身的损耗，而且消耗电能和损耗修磨砂轮，增加了生产成本。
　　本文首先研究和分析现有结晶器液位控制系统存在问题;其次，分别对结晶器液位模糊控制和PID控制方法进行研究，综合了模糊控制和PID控制的优势进行控制系统设计;最后，基于被控对象特性和涡流型液位检测方法的深入研究。所设计的模糊PID控制器，实现了在线自整定PID参数最优控制，使控制系统的响应速度快，超调量减小，液位稳定性得到提高。
　　通过西门子S7-400系列PLC、STEP7编程软件和WinCC7.0组态软件，对控制系统进行了软、硬件设计，并已应用在不锈钢实际生产过程中。系统运行的结果表明，结晶器液位波动控制在±5mm范围内，远高于优化前的控制精度，运行效果较好。同时，该系统还大大降低了不锈钢板坯缺陷率，减少了二次处理量，降低了电能消耗和修磨砂轮的设备损耗，具有一定经济价值，为不锈钢降本增效发挥了重要作用。本论文研究成果可以在国内同类的控制系统应用推广。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 连铸技术的发展

1．2 结晶器液位控制技术的现状

1．2．1 液位控制技术现状

1．2．2 液位控制方式

1．2．3 流量控制调节机构

1．2．4 结晶器液位控制系统存在的问题

1．3 结晶器液位控制技术发展趋势

1．4 论文研究的背景及意义

1．5 论文研究的内容及组织架构

第2章 连铸机控制过程和控制系统组成

2．1 连铸机的主要设备及功能

2．2 连铸机的生产工艺流程

2．3 连铸机控制系统组成

2．4 小结

第3章 结晶器液位控制方法的研究

3．1 常规PID控制方法

3．1．1 PID控制原理分析

3．1．2 数字PID控制算法

3．1．3 PID控制特点

3．2 模糊控制技术

3．2．1 模糊控制器

3．2．2 模糊控制原理

3．2．3 模糊控制规则建立

3．2．4 模糊控制特点

3．3 小结

第4章 不锈钢结晶器液位控制系统设计

4．1 液位控制系统设计要求

4．2 结晶器液位控制系统组成

4．3 液位检测方法

4．3．1 液位检测方法选择

4．3．2 涡流检测

4．3．3 VUHZ检测器工作原理

4．4 结晶器液位控制系统设计

4．4．1 模糊PID控制器设计

4．4．2 液位控制系统

4．5 小结

第5章 结晶器液位控制系统实现

5．1 比例控制系统组成

5．2 控制系统操作模式

5．3 控制系统硬件设计

5．3．1 PLC硬件配置

5．3．2 上位机配置及功能

5．4 控制系统软件设计

5．4．1 STEP7软件设计

5．4．2 Wincc软件设计

5．5 PDA数据采集与分析

5．6 实际运行效果及经济效益

5．6．1 运行效果

5．6．2 经济效益

5．7 小结

第6章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢