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高炉鼓风性能管理与智能维护系统

作　者: 林杰
导　师: 麻红昭
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程
关键词: PHM 性能状态监测 FFT AR预测鼓风系统智能维护
分类号: TF321.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

鼓风系统是炼铁生产中的关键设备,由于长期运行,容易出现设备性能退化,降低设备的可靠性。加之工业生产现场环境十分恶劣复杂,就更增加了设备发生故障的可能。因此,需要为鼓风系统构建一套性能管理和智能维护系统,对设备性能状态进行评估和预测,指导维护工作,保证鼓风作业安全。本文采用PHM相关技术,结合PLC控制系统,开发构建一套应用于高炉鼓风作业的性能管理和维护系统,评估预测设备及生产性能状况,有效维护设备及生产安全稳定性。该系统具有以下功能：1)状态监测与预测。这一部分是本文的核心内容。程序评估设备运行状态,对关键设备的性能状况进行预测,以及时掌握其性能状态及走势。本文通过OPC组件获取信号数据,应用FFT算法完成信号提取后,利用特征值阈值判断进行状态监测,并引入AR模型进行性能状态预测。系统在现场实际运行中,状态监测模块成功捕捉到动力油路异常,性能预测功能所得出的预测数据也与实际运行数据大体一致。2)冗余容错功能。一方面通过硬件冗余,避免个别PLC和检测仪表的损坏导致控制系统无法运作；另一方面对工艺参数采用双路冗余检测,通过异常判断逻辑强化过程参数检测系统的容错率,预防个别检测设备损坏/误报导致意外生产事故。3)设备维护智能提示功能。搭建近程的Zigbee网络和远程的CDMA通讯线路,系统除了在本地产生对应性能状态提示外,还将通过无线网络,向相关生产负责人发送维护提示消息。本文完成的工作主要是进行该维护系统的硬件架构和软件编程,其中软件开发为主体工作。具体而言有以下几块工作：1)开发性能评估及预测程序软件。主要是进行算法和数据研究,第三章阐述FFT分频算法及其模块设计步骤,第四章阐述了AR预测模型及实现步骤。同时利用C#语言(?)Matlab软件进行程序开发。2)搭建冗余PLC控制系统,提高系统的冗余容错功能,并提供数据源。主要是利用西门子PLC和各式仪表构建起双路检测和控制回路,同时用Wincc和Step7软件进行上下位机编程。3)搭建无线通讯网络,实现远程智能维护。利用zigbee和CDMA网络,搭建通讯通道。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 绪论  11-21
  1.1 课题背景及意义  11-13
    1.1.1 PHM概念  11-12
    1.1.2 PHM框架结构  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-19
    1.2.1 PHM历史及现状  13-15
    1.2.2 性能评估与预测方法综述  15-19
  1.3 课题的主要内容及意义  19-21
2 高炉鼓风工艺及控制系统  21-38
  2.1 高炉炼铁工艺  21-23
  2.2 高炉鼓风工艺  23-25
    2.2.1 鼓风机简介  23-24
    2.2.2 鼓风机系统  24-25
  2.3 鼓风控制系统  25-37
    2.3.1 可编程控制器  25-27
    2.3.2 设计步骤  27-28
    2.3.3 上下位机设计  28-37
  2.4 本章小结  37-38
3 基2-FFT算法及分频模块设计  38-47
  3.1 傅里叶变换理论基础  38-40
    3.1.1 连续傅里叶变换(FT)  38-39
    3.1.2 离散傅里叶变换(DFT)  39-40
  3.2 快速傅里叶变换(FFT)算法  40-44
    3.2.1 FFT算法基本思想  40-41
    3.2.2 时间抽取基2-FFT算法  41-44
  3.3 基2-FFT的分频模块设计  44-46
  3.4 本章小结  46-47
4 AR预测模型及设计  47-58
  4.1 AR模型原理  47-49
  4.2 AR模型定阶  49-51
  4.3 AR模型参数估计  51-55
  4.4 AR预测模块设计及实现  55-57
  4.5 本章小结  57-58
5 系统设计及应用  58-78
  5.1 系统总述  58-63
    5.1.1 系统功能及特点  58-61
    5.1.2 系统结构  61-63
  5.2 数据采集传输模块  63-66
    5.2.1 工业以太网  63-64
    5.2.2 OPC协议及应用  64-66
  5.3 数据处理  66-68
    5.3.1 假信号判定  66-67
    5.3.2 FFT分频应用  67-68
  5.4 性能状态监测应用  68-70
  5.5 故障预测应用  70-72
  5.6 通讯网络  72-74
    5.6.1 Zigbee无线组网  72-73
    5.6.2 CDMA模块  73-74
  5.7 人机接口  74-77
  5.8 本章小结  77-78
6 C#和MATLAB混合编程  78-84
  6.1 性能检测与预测系统需求分析  78
  6.2 MICROSOFT VISUAL C#及MATLAB特点  78-79
  6.3 混合编程的实现  79-82
  6.4 本章小结  82-84
7 结论  84-85
参考文献  85-91
作者简历  91
科研成果  91

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