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加热炉过程监测方法研究与实现

作　者: 符雪鹏
导　师: 杨英华
学　校: 东北大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 加热炉过程监测控制图核主成分分析动态多变量统计过程控制
分类号: TG307
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

在钢铁工业中,加热炉是轧钢生产线的重要设备之一。随着现代轧机的发展,对加热炉加热钢坯的质量要求越来越高。而生产系统经过长期运行和生产负荷变化后都不可避免的发生各种变化,这必然将会影响加热炉加热钢坯的质量。因此本文着眼于应用统计过程监测方法设计一个加热炉过程监测系统对加热炉生产进行过程监测,进而提高加热炉生产的质量和效率,降低成本,充分迎合了加热炉的工业需求,具有非常明确的意义。本文首先从统计过程监测方法的产生、发展、现状入手,对加热炉的生产过程加以简单介绍,并将对加热炉进行过程监测需要做的一些准备工作进行了阐述。其次,介绍了单变量统计过程控制方法的几种控制图以及应用控制图进行过程监测的两个判断准则。详细阐述了处理变量间线性关系的主成分分析(PCA)方法和处理变量间非线性关系的核主成分分析(KPCA)方法,并针对实际中采集的样本数据间存在一定的序列相关性,介绍了两种用于动态多变量统计过程控制的方法：一种方法是用前边的h个观测值对每个观测向量进行扩充来构造数据矩阵,然后对新的数据矩阵进行PCA或者KPCA分析；另一种方法是将EWMA控制图与PCA或者KPCA合并。然后结合加热炉现场采集的数据对PCA、KPCA、DKPCA、EWMA+KPCA几种多变量统计过程控制方法进行了验证和比较。在此基础上,设计了加热炉过程监测系统,阐述了监测系统与WinCC6.0通过OPC通讯进行数据实时传递的方法、基于VB6.0和MATLAB7.0两种平台下的联合开发COM组件的方法。最后,详细介绍了加热炉过程监测系统的具体实现及其使用方法。本文着重分析讨论了面向加热炉过程监测的几种多变量统计过程控制方法,设计了加热炉过程监测系统,并结合加热炉现场采集的数据对加热炉过程监测系统进行了验证。通过本系统对加热炉生产过程的监测,可以使现场人员及时发现相应的过程波动及缓慢变异,以达到提高加热炉系统质量和生产效益的目的。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-20
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 统计过程监测方法综述  11-15
    1.2.1 统计过程监测方法的起源  11-12
    1.2.2 统计过程监测方法的发展现状  12-15
  1.3 加热炉过程描述及其过程监测的准备工作  15-18
  1.4 本文的主要工作  18-20
第二章统计过程监测方法  20-40
  2.1 单变量统计过程控制  20-24
    2.1.1 数据分类  20-21
    2.1.2 计量值控制图  21-22
    2.1.3 控制图的判断准则  22-24
  2.2 多变量统计过程控制  24-38
    2.2.1 主成分分析法(PCA)  25-29
    2.2.2 核主成分分析法(KPCA)  29-33
    2.2.3 动态的多变量统计过程控制  33-35
    2.2.4 几种多变量统计过程控制方法的分析比较  35-38
  2.3 本章小结  38-40
第三章加热炉过程监测系统设计  40-50
  3.1 系统总体结构分析  40
  3.2 系统开发平台  40-42
    3.2.1 系统开发工具  40-41
    3.2.2 数据库设计  41-42
  3.3 监测系统应用OPC客户端访问WINCC  42-44
    3.3.1 OPC规范  43-44
    3.3.2 西门子WinCC的OPC接口介绍  44
  3.4 监测系统COM组件的具体实现  44-49
    3.4.1 编程方法介绍  44-45
    3.4.2 COM组件创建过程  45-47
    3.4.3 COM组件在VB中的调用  47-48
    3.4.4 生成监测系统的COM组件  48-49
    3.4.5 监测系统中COM组件的使用  49
  3.5 本章小结  49-50
第四章加热炉过程监测系统的实现  50-66
  4.1 监测系统系统管理及通讯功能配置  50-52
  4.2 单变量统计控制图  52-56
    4.2.1 单变量统计控制图界限设定  53-54
    4.2.2 单变量统计控制图的监测功能  54-56
  4.3 多变量统计控制图  56-61
    4.3.1 多变量控制图的模型设定  56-58
    4.3.2 多变量统计控制图的监测功能  58-61
  4.4 监测系统的信息管理功能  61-63
    4.4.1 报警信息管理功能  61-62
    4.4.2 备用系统数据功能  62-63
  4.5 监测系统的其他辅助功能  63-64
    4.5.1 监测系统的系统维护功能  63-64
    4.5.2 监测系统的窗口管理和帮助功能  64
  4.6 本章小结  64-66
第五章结论与展望  66-68
  5.1 总结  66-67
  5.2 展望  67-68
参考文献  68-72
致谢  72

加热炉过程监测方法研究与实现

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