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加热炉HMI监控系统仿真研究

作　者: 马太
导　师: 陈海耿
学　校: 东北大学
专　业: 热能工程
关键词: 连续加热炉直接数字控制计算机监督控制 WinCC
分类号: TG334.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 78次
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内容摘要

在钢铁企业的生产中,实现加热炉监督控制可以取得明显的经济效益和节能效果。本课题以天津天铁冶金集团有限公司1750mm热轧带钢加热炉为研究对象,加热炉三元模型以能量平衡为基础,采用屏蔽段间辐射,实现各炉段方程求解的解耦。在求解炉气温度的基础上求得炉温,实现了炉温回路的离线闭环。在数字PID控制的算法方面,根据加热炉的实际情况,对加热炉控制进行改进。为了满足节约燃料的同时,兼顾系统控制的响应时间的设计要求,本课题中采用带有氧量校核的改进型双交叉限制燃烧控制系统作为控制方案,并分析应用该控制方案的原因。在组态监督控制平台的软件的选择方面,本课题通过分别使用WinCC和LabVIEW组态工程项目,分析比较了WinCC和LabVIEW各自的优势,并归纳了采用WinCC组态加热炉监督控制系统的原因。为了贴近实际生产的情况,课题在加热炉模型与直接数字控制系统和直接数字控制系统与计算机监督控制系统之间分别采用直接通讯和OPC通讯机制,以实现不同控制级别间的信息交互。在计算机监督控制系统(即SCC级控制系统)的研究中,本课题实现了钢温预示模型的建立和加热炉炉温决策,在实际系统中使用,可有效地指导加热炉的直接数字控制实施准确控制,有利于高效优质地进行生产。在课题中所构建的工程中具有完备的预警报警系统、数据归档系统和报表打印系统。此外,整套工程中具备明晰的权限设置,完全贴近生产现场的情况。使本课题中组态的控制工程与实际控制系统高度一致,有移植到加热炉实际控制系统中使用的潜力。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究意义  11
  1.2 文献综述  11-17
    1.2.1 加热炉计算机监控的发展和现状  11-14
    1.2.2 加热炉数学模型概况  14-17
  1.3 研究内容与研究方法  17-19
第二章连续加热炉仿真模型  19-35
  2.1 连续加热炉概况  19-22
    2.1.1 加热炉类型  19
    2.1.2 热轧带钢生产线产品大纲及标准  19-21
    2.1.4 加热炉的产量  21
    2.1.5 连铸坯入炉温度和出炉温度  21
    2.1.6 加热质量要求  21
    2.1.7 燃料的热值  21
    2.1.8 加热炉主要尺寸  21-22
    2.1.9 加热炉各段燃料分配  22
  2.2 加热炉热工过程分析  22
  2.3 加热炉三元模型  22-35
    2.3.1 加热炉模型段的划分  23
    2.3.2 直接交换面积  23-25
    2.3.3 全交换面积  25-28
    2.3.4 加热炉炉气温度求解  28-30
    2.3.5 加热炉炉围温度求解  30-32
    2.3.6 加热炉钢坯温度求解  32-35
第三章直接数字控制系统的仿真研究  35-49
  3.1 计算机直接数字控制系统的组成  35
  3.2 控制系统信号采集  35-36
  3.3 数字PID控制算法  36-38
    3.3.1 理想微分PID控制  36-37
    3.3.2 实际微分PID控制  37-38
  3.4 数字PID控制算法的改进  38-40
    3.4.1 积分项的改进  38-39
    3.4.2 微分项的改进  39-40
    3.4.3 冻结偏置算法  40
  3.5 DDC系统的控制方案  40-49
    3.5.1 炉温单回路控制方案  41
    3.5.2 炉温并行串级控制系统  41-42
    3.5.3 单交叉限制燃烧控制方案  42-43
    3.5.4 双交叉限制燃烧控制方案  43-44
    3.5.5 带氧量校正的改进型双交叉燃烧控制系统  44-49
第四章监控组态软件平台  49-75
  4.1 WINCC组态软件简介  49
  4.2 组态1750MM热轧带钢加热炉工程  49-61
    4.2.1 组态加热炉控制项目管理  49-51
    4.2.2 组态WinCC变量  51-52
    4.2.3 创建WinCC监控过程画面  52-54
    4.2.4 组态过程值归档  54-58
    4.2.5 组态报警消息系统  58-61
  4.3 LABVIEW虚拟仪表简介  61-68
    4.3.1 LabVIEW监控画面设计  62-65
    4.3.2 LabVIEW程序设计调试  65-66
    4.3.3 LabVIEW文件输入输出  66-68
  4.4 加热炉监控组态软件比较  68-70
    4.4.1 组态加热炉图形画面  68
    4.4.2 加热炉运行数据归档  68-69
    4.4.3 程序设计语言  69
    4.4.4 上位机与硬件的配合  69-70
  4.5 监控系统与外部程序的通讯机制  70-75
第五章计算机二级监控系统仿真  75-99
  5.1 热电偶温度求解  75-78
  5.2 钢温预示模型建立  78-81
    5.2.1 全炉钢坯位置跟踪  78-79
    5.2.2 变物性的处理  79-80
    5.2.3 钢坯温度场数学模型  80-81
  5.3 总括热吸收率法简述  81-83
    5.3.1 炉膛总括热吸收率的辨识  81-82
    5.3.2 炉膛总括热吸收率的动态补偿  82-83
  5.4 加热炉炉温决策  83-87
    5.4.1 关于一块钢坯的炉温设定值  83-87
    5.4.2 控制炉段的炉温设定  87
  5.5 控制结果与分析  87-99
结论  99-101
参考文献  101-107
致谢  107

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