高爐熱風(fēng)爐自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用,電氣工程碩士論文

高爐熱風(fēng)爐自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用,電氣工程碩士論文摘要熱風(fēng)爐是當(dāng)代高爐冶金生產(chǎn)中不可或缺的加熱入爐空氣設(shè)備，它的主要作用是為高爐提供連續(xù)的熾熱空氣。在有限的條件下，盡量提高熱風(fēng)溫度為高爐高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)能、降耗創(chuàng)造了有利條件。熱風(fēng)爐本體需要監(jiān)測控制的參數(shù)非常多，尤其各個溫度點的變化規(guī)律性不強，線性特點較差；而且熱風(fēng)爐的操作隨動性不強，運行檢測參數(shù)反應(yīng)比控制操作動作嚴重滯后等?？傊?，熱風(fēng)爐的自動控制是一個隨時間變化而變化的復(fù)雜工業(yè)經(jīng)過。在客觀條件受限的前提下，如何把熱風(fēng)爐拱頂溫度的控制系統(tǒng)設(shè)計合理，就顯得尤為重要。本文以某鋼廠1號1800m3高爐大修為背景，結(jié)合1#高爐熱風(fēng)爐的控制要求及工藝流程，提出并設(shè)計了系統(tǒng)控制方案。根據(jù)控制方案，分別對PLC系統(tǒng)和上位監(jiān)控系統(tǒng)的硬件分別進行設(shè)計，下位機采用ABRSLogix5000編程軟件，實現(xiàn)全自動換爐流程。上位機監(jiān)控以組態(tài)軟件〔RSNetWorx〕為開發(fā)工具，完成操作畫面的設(shè)計，除此之外還設(shè)計了報警、經(jīng)過參數(shù)和歷史趨勢畫面等，更好的對熱風(fēng)爐系統(tǒng)的工藝流程進行動態(tài)監(jiān)視和管理，并對歷史數(shù)據(jù)和曲線進行保存歸檔，及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場異常狀態(tài)發(fā)出報警信號。筆者深切進入分析高爐熱風(fēng)爐的工藝流程和針對熱風(fēng)爐燃燒經(jīng)過中溫度變化大、很難實現(xiàn)實時控制，重點研究了熱風(fēng)爐燃燒的控制方案。分析和總結(jié)原有控制系統(tǒng)存在的問題，同時以廢氣溫度和拱頂溫度為參考，設(shè)計出由DCS和PLC組成的基于煤氣和空氣雙穿插限幅熱風(fēng)爐自動控制系統(tǒng)，鑒于熱風(fēng)爐燃燒經(jīng)過存在強耦合的特點，設(shè)計出智能模糊解耦控制，進而建立起模糊控制規(guī)則表。基于系統(tǒng)控制方案對系統(tǒng)的硬件和軟件進行測試，現(xiàn)場試運行效果佳，到達系統(tǒng)的控制要求，在穩(wěn)定性和可靠性方面得到了很大的改善，獲得預(yù)期效果。本文關(guān)鍵詞語：高爐熱風(fēng)爐；ControlLogix控制器；自動控制；穿插并聯(lián)限幅；智能模糊解耦。AbstractHotblaststoveisanindispensableheatingairequipmentinmodernblastfurnacemetallurgicalproduction,Itsmainfunctionistoprovidecontinuoushotairforblastfurnace.Underthelimitedconditions,itcreatesfavorableconditionsforhighproduction,stableproduction,energysavingandconsumptionreductionofblastfurnacetoincreasethehotairtemperatureasmuchaspossible.Therearemanyparametersthatneedtobemonitoredandcontrolledforthehotblaststove,especiallythechangeregularityofeachtemperaturepointisnotstrong,andthelinearcharacteristicsarepoor;moreover,theoperationofthehotblaststoveisnotstrong,andthefeedbackofoperationanddetectionparameterslagsbehindthecontroloperationseriously,etc.inaword,theautomaticcontrolofthehotblaststoveisacomplexindustrialprocessthatchangeswithtime.Onthepremiseoflimitedobjectiveconditions,howtodesignthecontrolsystemofthehotblaststovedometemperatureisparticularlyimportant.Inthispaper,basedontheNo.11800m3blastfurnaceoverhaulofasteelplant,combinedwiththecontrolrequirementsandprocessflowoftheNo.1blastfurnacehotblastfurnace,thecontrolsystemschemeisproposedanddesigned.Accordingtothecontrolscheme,thehardwareofPLCsystemanduppermonitoringsystemaredesignedrespectively.ThelowercomputerusesABRSLogix5000programmingsoftwaretorealizetheprocessofautomaticfurnacechange.Theuppercomputermonitoringusestheconfigurationsoftware(Rsnetworx)asthedevelopmenttooltocompletethedesignoftheoperationscreen,inadditiontothedesignofthealarm,processparametersandhistoricaltrendscreen,whichcanbettermonitorandmanagethetechnologicalprocessofthehotblastfurnacesystem,saveandarchivethehistoricaldataandcurves,andtimelydetecttheabnormalstatusonsiteandsendoutthealarmsignal.Theauthordeeplyanalyzesthetechnologicalprocessofthehotblaststoveoftheblastfurnaceandfocusesonthecombustioncontrolschemeofthehotblaststoveinviewofthelargetemperaturechangeinthecombustionprocessofthehotblaststoveandthedifficultyinrealizingreal-timecontrol.Theexistingproblemsoftheoriginalcontrolsystemareanalyzedandsummarized.Atthesametime,takingtheexhaustgastemperatureandvaulttemperatureasreferences,anautomaticcontrolsystembasedongasandairdoublecrosslimitinghot-blaststovecomposedofDCSandPLCisdesigned.Consideringthestrongcouplingcharacteristicofhot-blaststovecombustionprocess,intelligentfuzzydecouplingcontrolisdesigned,thusestablishingafuzzycontrolruletable.Basedonthesystemcontrolscheme,thehardwareandsoftwareofthesystemaretested,andthefieldtrialoperationeffectisgood,reachingthecontrolrequirementsofthesystem.Thestabilityandreliabilityaregreatlyimproved,andtheexpectedeffectisachieved.Keywords:Blastfurnacehotblaststove；ControlLogixController；Auto-Control；Crossparallellimiting；Intelligentfuzzydecoupling。文章為碩士論文，如需全文請點擊底部下載全文鏈接】1.2、國內(nèi)外研究現(xiàn)在狀況1.2.1、國外研究現(xiàn)在狀況.1.2.2、國內(nèi)研究現(xiàn)在狀況1.3、本文研究內(nèi)容及構(gòu)造布置第2章熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)2.1、熱風(fēng)爐的簡介.2.2l、#高爐熱風(fēng)爐整體工藝構(gòu)造2.3、本章小結(jié)第3章高爐熱風(fēng)爐自動燃燒控制方案設(shè)計3.1、主要工藝控制流程.3.2、單爐手動換爐3.3、熱風(fēng)爐燃燒控制方案3.3.1、比值控制3.3.2、改良的控制系統(tǒng)3.3.3、智能模糊解耦控制加前饋控制3.4、本章小結(jié)第4章熱風(fēng)爐自動控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計.4.1、硬件設(shè)計4.1.1、熱風(fēng)爐自動燃燒控制系統(tǒng)控制器的硬件選型4.1.2、熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.2、熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.2.1、軟件設(shè)計總體框架4.2.2、系統(tǒng)的程序設(shè)計4.2.3、EPKS經(jīng)過控制軟件操作畫面制作.4.2.4、最終的報表4.3、本章小結(jié)第5章系統(tǒng)測試.5.1、硬件測試.5.2、軟件測試5.3、運行效果5.4、本章小結(jié)結(jié)論本文以某鋼廠煉鐵廠1號高爐為主要研究對象，通過分析發(fā)現(xiàn)該高爐當(dāng)前熱風(fēng)爐控制中的燃燒經(jīng)過和換爐經(jīng)過控制采用的仍然是人工控制和半自動化控制相結(jié)合的方式，華而不實人工控制處于主導(dǎo)地位，由于人工控制的不確定性，高爐燃燒控制的實際效果無法知足實際需求。為提高該高爐的控制精度和自動化程度，本文結(jié)合熱風(fēng)爐燃燒的基本工藝流程和控制經(jīng)過及其重點，總結(jié)提出了熱風(fēng)爐的自動化控制的實現(xiàn)方案，并根據(jù)自動化控制方案，立足于現(xiàn)有的軟硬件系統(tǒng)，開發(fā)研究高爐熱風(fēng)爐燃燒自動控制系統(tǒng)的軟件和硬件部分，并在現(xiàn)場進行了試運行，且獲得良好效果，對于高爐燃燒的自動化控制系統(tǒng)具有非常重要的實踐性意義。通過查閱相關(guān)的資料文獻，對熱風(fēng)爐的基本構(gòu)造和工藝流程進行了深切進入研究，并針對性的對熱風(fēng)爐的燃燒控制策略進行了分析研究，對于當(dāng)前國內(nèi)鋼鐵冶煉中熱風(fēng)爐控制所存在的手動、半自動和自動化智能化換爐方式進行了分析研究，比擬其優(yōu)劣，在控制策略和控制方式研究的基礎(chǔ)上，提出了高爐熱風(fēng)爐自動化控制的實現(xiàn)方案，確立了基本的控制目的，并以主要的控制元件和閥門參數(shù)為基礎(chǔ)，研究設(shè)計了燃燒控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，確定了換爐控制、燃燒控制的實現(xiàn)策略，制定了具體的混風(fēng)溫度控制策略和詳細的實現(xiàn)經(jīng)過，根據(jù)高爐燃燒控制的實現(xiàn)方案，通過Logicx5000工程工具，從系統(tǒng)功能圖、熱風(fēng)爐的自動控制設(shè)計等方面開發(fā)建立了高爐燃燒自動控制系統(tǒng)的控制軟件，并在現(xiàn)場進行了調(diào)試與試運行，獲得了較好的控制效果，對于原來的半自動化控制具有很大的優(yōu)勢、較高的安全性和較低的成本，實現(xiàn)了本文研究的主要目的。固然，該自動控制系統(tǒng)初步實現(xiàn)了最初對高爐燃燒進行自動化控制的預(yù)測料想，但是仍然存在如下問題：1.自動控制的經(jīng)過中，在穩(wěn)定狀態(tài)下，控制效果較為良好，但是碰到相關(guān)的擾動時，如送風(fēng)溫度劇烈波動、進氣量和助燃空氣量發(fā)生突變時，控制的有效性下降，甚至某種情況下，需要人工干涉才能恢復(fù)。2.完全自動化的控制地域閥門控制的靈敏性、安全性和耐久性都提出了更高層次的要求，因而也意味著更高層次的成本，更高層次的控制精度更是增加了對于控制器件質(zhì)量的要求。以下為參考文獻[1]賈馮睿，劉楊，馮耀強，等.高爐熱風(fēng)爐高風(fēng)溫技術(shù)[J].工業(yè)爐，2018,31(4):5-8.[2]羅美蓮.漣鋼l#高爐熱風(fēng)爐燃燒經(jīng)過自動控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].武漢:中南大學(xué),2006.[3]李晶，武靖故，張永亮.高爐冶煉經(jīng)過的復(fù)雜性機理及其預(yù)測研究[J].黑龍江科技信息,2020(4):56.[4]王龍輝，高蒿，屈星.基于GA優(yōu)化LSSVM高爐鐵水含硅量預(yù)報[J].太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報,2020,(4):641-645.[5]廖志剛.淺析煉鐵高爐的電氣自動控制系統(tǒng)[J].中國金屬通報，2022,(9):72-74.[6]馬富濤，劉莎莎.高爐Rist操作線模型的研究與開發(fā)[J].冶金自動化，2020,2(5):606-611.[7]杭迎秋、韶鋼8號高爐專家控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].湖北:武漢科技大學(xué),2018.[8]KennethRMuske,JamesWHowse,GlenAHansen,etal.HotBlastStove.ProcessModelandModel-basedController[J].IronandSteelEngineer,1999,76(6):56-62.[9]陳建華，徐紅陽.“高爐專家系統(tǒng)〞應(yīng)用現(xiàn)在狀況和發(fā)展趨勢[J].當(dāng)代冶金,2020,40(3):6-10.[10]劉顯著.爐溫預(yù)測及智能控制的研究和實現(xiàn)[D].浙江:浙江大學(xué),2003..[11]楊則正.用于人工智能系統(tǒng)的計算機的體系構(gòu)造[J].管理科學(xué)文摘，1995,(6):55.[12]梁歡歡.熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與研究[D].西安建筑科技大學(xué),2016.[13]銀光宇，李欣.通鋼新2號高爐熱風(fēng)爐的優(yōu)化設(shè)計[J].煉鐵,2020,(6):35-38.[14]張建偉、關(guān)于鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝優(yōu)化問題的分析[J].中小企業(yè)管理與科學(xué)，2020,09:19.[15]李海波.熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].安徽:合肥工業(yè)大學(xué),2007.[16]付饒、熱風(fēng)爐自動控制及燃燒控制系統(tǒng)的研究[D].遼寧:東北大學(xué),2018.[17]喬治.某鋼廠動力能源介質(zhì)計量數(shù)據(jù)管理實時自動報警功能的設(shè)計與實現(xiàn)[J].某鋼廠科技,2020,1:34-38.[18]J.vanIkelen,B.Nugteren.IntercystallineStressCorrosion-ACreepingThreat.IronSteelTechnoiogy.2006,3(3):202-208.[19]KantzH，SchreiberT,NonlinearTimeSeriesAnalysis[M].CambridgeUniversityPress,1997.