变空燃比双交叉限幅燃烧控制系统设计及应用

摘要

加热炉是轧钢生产企业中的主要耗能设备。提高燃料利用率，节能降耗是目前需要解决的主要问题，且其出钢的温度和质量也是影响后续工艺的关键因素。在钢铁冶金行业竞争日趋激烈的今天，如何实现加热炉的有效控制，有着十分重要的现实意义。
　　 本论文的研究工作是以上海重型机械集团有限责任公司钢厂加热炉控制系统工程项目为背景展开的研究。针对加热炉控制的难点及重点——其燃烧过程是受随机因素干扰的、具有大惯性、滞后的非线性过程，因而无法建立被控对象的精确模型，无法很好的用传统控制方法解决这些问题。论文对加热炉的燃烧特性进行了深入分析，构建了加热炉控制系统，采用西门子PLC和WINCC上位机界面，应用了双交叉限幅控制算法，使加热炉在各种燃烧工况条件下，能够使燃料在烧嘴内充分混合，使燃烧处于较佳状态，从而提高炉温控制精度，保证钢锭按设定曲线达到出钢温度，节约能源，减少氧化烧损。同时通过动态改变空燃比，以此来改变限幅系数，使系统的动态过程更加及时，其中温度控制器控制策略采用模糊自适应PID控制，减少升降温过程的超调，从而有效的改变整个控制的动态过程，实现炉内温度按照实际设定曲线运行。并在实验室运用MATIAB软件对温度控制系统进行了较为全面的仿真和性能分析，而后进行现场调试，改善系统了的整体性能。
　　 本系统已经投入运行半年多，系统运行稳定，控制效果良好，达到了节能减排的国家要求，取得了很好的经济效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 加热炉的控制特点

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题的主要研究内容

第二章 台车式加热炉控制信号的采集与分析

2.1 温度信号采集与分析

2.1.1 温度信号的采集

2.1.2 温度信号的分析与修正

2.1.3 滤波方法

2.1.4 温度信号测量的误差分析

2.2 氧气含量信号的采集与分析

2.2.1 氧化锆氧量计的工作原理

2.2.2 氧化锆氧量计的结构与选型

2.2.3 氧化锆氧量计的误差分析

2.3 流量信号的采集与分析

2.3.1 流量传感器的工作原理

2.3.2 流量传感器的结构与选型

2.4 压力信号的采集与分析

2.4.1 压力传感器的工作原理

2.4.2 压力传感器的结构与选型

2.5 其他控制信号的采集与分析

2.5.1 火焰监测

2.5.2 位置检测

第三章 PLC控制系统软件设计

3.1 PLC控制系统的总体结构

3.2 上位机监控软件及实现功能

3.2.1 上位机监控软件WINCC简介

3.2.2 上位机监控软件的设计

3.3 下位机硬件配置及实现功能

3.3.1 下位机编程软件Step7简介

3.3.2 下位机硬件配置

3.3.3 下位机实现的基本功能

第四章 各个控制对象的控制方法和策略

4.1 温度控制

4.1.1 温度控制的执行器——烧嘴

4.1.2 控制策略

4.1.3 温度控制的结果

4.2 流量控制的方法与控制策略

4.2.1 流量控制的执行器

4.2.2 流量控制的方法

4.2.3 变空燃比控制

4.2.4 控制结果

4.3 炉压的控制方法和策略

4.4 电气逻辑连锁控制

4.4.1 炉门与台车控制

4.4.2 点火控制

4.4.3 燃气烧嘴控制

4.4.4 报警控制

第五章 系统仿真与现场调试

5.1 系统仿真

5.1.1 MATLAB/SIMULINK软件简介

5.1.2 MATLAB软件系统的构成

5.1.3 对象选择

5.1.4 模糊控制器仿真

5.1.5 仿真结果

5.2 现场调试

5.2.1 PROFIBUS网络钡测试

5.2.2 打点测试

5.2.3 对仪表进行参数和量程设定和零点校正

5.3 系统运行

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

附录

致谢