水泥生产过程仿真培训平台开发及分解炉温度控制系统研究

摘要

本文结合当前水泥企业集散控制系统的实际配置,完成了水泥生产过程仿真及培训平台的开发与应用,并在充分分析总结国内外水泥分解炉温度控制技术研究现状的基础上,针对分解炉环节的传递函数模型进行了仿真研究,设计了结合OPC技术、在VC++环境下实现的单神经元自适应PSD(proportion,summation and differential)分解炉温度控制系统,实际运行表明了该方案的正确性和实用性. 离线培训及仿真平台的开发与应用,使新操作员在本单位内即可熟悉和掌握监控软件操作及工艺规范,而不必花费大量的金钱和时间到其他水泥企业进行学习和培训:水泥优化控制研发单位也可以在本单位内对优化控制算法进行仿真,再前往水泥企业进行现场调试,缩短了软件研发周期,减少了研发费用.本平台在山东恒拓科技发展有限公司及山东省水泥质检站进行了应用,获得了用户的好评. 分解炉是一个典型的非线性、强耦合的复杂控制对象,其精确的数学模型难以建立,常规控制算法很难获得满意的效果.所以,研究并实现水泥烧成过程智能控制系统,对进一步提高水泥烧成过程自动化水平具有重要意义.本文在分析总结国内外水泥分解炉温度控制技术研究现状的基础上,研究了DD分解炉的结构及内部燃烧机理,确定了影响分解炉温度变化的主要因素是三次风量、煤粉流量和生料流量的波动,定性地给出了这些影响因素与分解炉温度之间的关系,并结合分解炉对象模型对PID、模糊控制及单神经元自适应控制算法进行了仿真研究,将其在Matlab和离线仿真培训系统下进行了相应的仿真及对比,仿真结果表明了单神经元自适应PSD算法在分解炉温度控制中的优越性. 基于算法仿真的结果并结合大坝水泥厂的实际情况,提出了通过OPC连接DCS数据库、并在VC++环境下实现的单神经元自适应PSD分解炉温度控制方案.本方案的软件实现在控制系统、OPC接口程序、智能控制算法等方面,都强调并采用了模块化,使优化控制算法的实现不依赖于某一特定的组态环境,具备通用性.根据仿真得到的控制参数并结合现场情况,将该方案在现场进行实施,实际运行表明了该算法对于分解炉温度具有良好的控制效果,对过程参数的变化有较强的自适应性,且便于操作员的理解和操作,较好地满足了工艺和生产要求.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

1.1课题来源及论文主要内容

1.1.1课题来源

1.1.2论文主要内容

1.2仿真技术发展概况及趋势

1.2.1国内外仿真技术发展概况

1.2.2我国仿真技术的发展趋势

1.3仿真技术在水泥工业中应用的必要性

1.4分解炉温度控制的意义

1.5分解炉温度控制技术的研究现状

1.6本论文的创新点

第二章水泥生产过程仿真及培训平台开发研究

2.1仿真培训平台结构及具体实现

2.1.1仿真培训平台结构

2.1.2仿真培训平台具体实现

2.2仿真培训平台功能实现

2.2.1仿真培训平台功能简介

2.2.2水泥生产工况仿真

2.2.3设备的模拟与控制设置

2.2.4操作考核

2.3小结

第三章分解炉工艺特性分析

3.1分解炉结构与内部燃烧机理

3.2影响分解炉温度变化的主要因素

3.2.1煤粉流量波动的影响

3.2.2生料流量波动的影响

3.2.3三次风量波动的影响

3.2.4其他影响因素

3.3小结

第四章分解炉控制算法研究

4.1PID控制算法

4.1.1PID控制的基本原理

4.1.2数字PID控制算法

4.2模糊控制概念及原理

4.2.1模糊控制的基本概念

4.2.2模糊控制器的设计

4.3神经元学习理论

4.3.1神经元基础知识

4.3.2几种典型的单神经元学习规则

4.4单神经元自适应PID算法

4.4.1单神经元自适应PID算法

4.4.2改进的单神经元自适应PID算法

4.5单神经元自适应PSD算法

4.5.1自适应PSD控制算法

4.5.2单神经元自适应PSD控制

4.6控制算法仿真

4.7小结

第五章控制系统实施

5.1控制系统实现

5.1.1OPC接口技术

5.1.2OPC Client开发

5.1.3控制算法实现

5.2控制效果分析

5.3小结

第六章总结

致谢

参考文献

附录(攻读学位期间发表的学术论文及参与研究的项目)