铝板铸轧前槽液面控制技术研究

发布时间：2017-10-24 00:08

  本文关键词：铝板铸轧前槽液面控制技术研究

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【摘要】：为了确保铝板铸轧能够持续稳定进行,必须控制流入与流出铸轧区的铝液量处于平衡状态,即必须使铝板铸轧的前槽的铝熔体处于一定的高度。随着国内铝板生产行业向铝板铸轧的速度越来越快、铝板的宽度越来越宽且厚度越来越薄、铝板铸轧生产线的自动化水平越来越高的方向前进,因此对铝板铸轧的生产线工艺水平和自动化程度提出了更高要求,对前槽液面高度的控制精度也提出了更高的要求。以郑州某铝业公司的铝板铸轧生产线为基础,对铝板铸轧的前槽液面控制系统进行了研究。通过对铝板铸轧工艺流程的分析,掌握流槽与前槽之间的铝液流动以及前槽液面控制系统的形式;分析了前槽液面控制系统的特点和工作原理,建立了等效的流槽和前槽的双容液槽数学模型,分析得到系统的传递函数。针对前槽铝液面控制的大惯性、多扰动等特点,提出了传统的PID控制和参数自调节模糊PID控制这两种策略,在Matlab/Simulink上建模仿真对比了两者的调控效果,为系统选择控制策略提供了理论依据。在分析了前槽液面控制系统的设计要求及难点的基础上,提出了系统的整体设计方案,以HMI和PLC为控制核心,用激光传感器测量距离,以伺服电机作为执行机构。PLC的主要功能是对伺服电机的运动进行控制,应用模块化编程的思想编写PLC的运动梯形程序图,以手动/自动切换控制程序为运动控制核心,并辅以冷却设备启动程序、警报器启动程序等。HMI的主要功能是采集激光传感器的实际测量距离和显示距离误差、开关状态、运动模拟画面,并将增量PID控制运算所得的控制增量传递给PLC。最后,搭建了水箱实验平台对流槽和前槽之间的液体流动和调节阀控制进行实验,记录实时距离和距离偏差进行分析,验证所设计的前槽液面控制系统的合理性和可靠性。生产实践表明,该液面控制系统具有良好的液面控制精度,自动化程度高,提高了铝板的质量,具有良好的实用价值。
【关键词】：铝板铸轧 液面控制 PID控制 模糊PID控制 PLC HMI
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG335.9;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景与意义10
• 1.2 国内外的研究现状10-13
• 1.2.1 铝带铸轧的发展简况10-12
• 1.2.2 液位控制技术的研究12-13
• 1.3 课题研究的主要内容13
• 1.4 论文结构框架13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 2 铝板铸轧系统构成简介15-22
• 2.1 引言15
• 2.2 铝板连续铸轧的工艺流程15-16
• 2.3 铝板连续铸轧的主要设备16-18
• 2.3.1 浇铸系统16-18
• 2.4 铝板连续铸轧的主要工装设备18-21
• 2.4.1 液面控制系统18-20
• 2.4.2 铸轧供料嘴20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 3 铝板铸轧前槽液面控制系统建模22-26
• 3.1 引言22
• 3.2 系统的分析与建模22-25
• 3.2.1 液面控制系统的分析22-23
• 3.2.2 液面控制系统数学建模23-25
• 3.3 本章小结25-26
• 4 前槽液面控制系统的PID控制器设计26-43
• 4.1 引言26
• 4.2 PID控制器原理及分类26-29
• 4.2.1 PID控制器的原理26-28
• 4.2.2 数字PID控制算法28-29
• 4.3 PID控制器的参数整定29-32
• 4.3.1 Ziegler-Nichols经验整定方法29-30
• 4.3.2 临界比例带法30-31
• 4.3.3 衰减曲线法31-32
• 4.4 模糊控制理论32-33
• 4.5 参数自调节模糊PID控制器设计33-40
• 4.5.1 模糊PID控制器结构原理33-34
• 4.5.2 PID控制器设计34-35
• 4.5.3 模糊控制器设计35-40
• 4.6 Matlab仿真研究40-42
• 4.6.1 构建系统仿真模型40-41
• 4.6.2 仿真结果分析41-42
• 4.7 小结42-43
• 5 铝板铸轧前槽液面控制系统设计43-63
• 5.1 引言43
• 5.2 前槽液面控制系统的设计要求43-44
• 5.3 前槽液面控制系统的总体设计方案44-46
• 5.3.1 系统设计的技术难点45
• 5.3.2 控制系统功能的设计45-46
• 5.4 前槽液面控制系统的装置选择46-51
• 5.4.1 距离检测装置的选择46-48
• 5.4.2 控制器的选择48-50
• 5.4.3 执行机构的选择50-51
• 5.5 输入/输出端口及设备接口连接设计51-53
• 5.5.1 PLC的I/O端口设计51-52
• 5.5.2 设备接口连接设计52-53
• 5.6 PLC运动控制模式及HMI设计53-59
• 5.6.1 PLC运动控制模式设计53-56
• 5.6.2 上位机HMI设计56-59
• 5.7 实验及实验结果分析59-62
• 5.7.1 实验的内容和要求59
• 5.7.2 实验结果分析59-62
• 5.8 小结62-63
• 6 总结与展望63-66
• 6.1 总结63-64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 个人简历、在学校期间发表的学术论文70

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本文编号：1086044