冶金烧结配料过程优化控制系统的设计及开发

发布时间：2017-04-16 06:14

  本文关键词：冶金烧结配料过程优化控制系统的设计及开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,全世界钢铁行业冶炼的主要原料是烧结矿。烧结矿的各项化学成分和物理性能直接影响着高炉生产工况,从而影响企业生产的冶金产品的质量和产量。冶金烧结配料过程是一个多变量、强耦合性、非线性的工业过程。由于烧结矿原料的成分复杂、种类较多等特点,传统的烧结配料过程采用人工经验和手动操作的配料方法,生产出来的烧结矿质量较差、产量较低,已经无法满足当今高炉冶炼对烧结矿品质的要求。针对上述情况,本文设计了冶金烧结配料过程优化控制系统,实现了对烧结配料生产的各原料成分配比的优化计算,并进行了半实物仿真实验的研究。本文主要工作如下:(1)研究了冶金烧结配料过程的优化控制方法,该方法包括优化设定层和回路控制层。优化设定层是根据烧结矿各原料的化学成分,以烧结矿成品的铁品位、碱度等质量指标为约束条件,以成本为优化目标,建立冶金烧结配料的优化数学模型,应用遗传算法进行优化求解,最后获得各原料的优化设定值;回路控制层是应用PID控制方法,控制烧结配料生产的流量实际值达到流量设定值。(2)应用西门子SIMATIC S7-300 PLC和相关硬件设备以及STEP7和WinCC等相关软件,通过西门子工控Profibus网络进行连接,设计并开发了冶金烧结配料过程的优化控制系统。(3)设计了冶金烧结配料过程优化控制系统的半实物仿真实验平台,仿真平台的结构是由优化设定计算机、PLC控制系统、模型计算机、监控计算机等四部分构成。由于本仿真平台中PLC控制系统部分应用西门子SIMATIC S7-300 PLC等实物作为核心控制器,使得本仿真实验平台的运行环境更加接近生产现场,相比于单纯的应用MATLAB软件搭建的仿真平台,使得仿真结果准确性和可靠性更高,具有更好的实际意义。
【关键词】：冶金烧结配料 优化控制 遗传算法 西门子S7-300PLC 半实物仿真
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF046.4;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 工业过程优化控制的研究现状10-12
• 1.3 工业过程仿真技术的研究现状12-13
• 1.4 论文构成13-14
• 2 冶金烧结配料过程工艺的描述14-19
• 2.1 引言14
• 2.2 冶金烧结配料过程的工艺流程14-15
• 2.3 冶金烧结配料过程的质量指标要求15-18
• 2.4 本章小结18-19
• 3 冶金烧结配料过程的优化控制方法19-33
• 3.1 引言19
• 3.2 优化设定层19-28
• 3.2.1 优化设定层的作用19-20
• 3.2.2 冶金烧结配料的工艺优化模型20-21
• 3.2.3 冶金烧结配料过程的遗传优化方法21-25
• 3.2.4 优化模块25-28
• 3.2.5 调整模块28
• 3.3 回路控制层28-32
• 3.3.1 各原料流量的控制回路28-31
• 3.3.2 PID控制算法31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 4 冶金烧结配料过程优化控制系统的设计与开发33-46
• 4.1 引言33
• 4.2 控制系统的结构及功能33-34
• 4.3 控制系统的硬件设计34-41
• 4.3.1 Siemens SIMATIC S7-30034-37
• 4.3.2 SIMATIC通信网络架构37-38
• 4.3.3 SIMATIC通信网络类别38-39
• 4.3.4 优化控制系统的硬件配置39-41
• 4.4 优化控制系统的软件设计41-45
• 4.4.1 程序设计41-45
• 4.4.2 监控画面设计45
• 4.5 本章小结45-46
• 5 半实物仿真实验平台设计46-76
• 5.1 引言46
• 5.2 半实物仿真试验平台的结构组成46-47
• 5.3 优化设定计算机47-51
• 5.3.1 优化设定软件的设计47-49
• 5.3.2 优化设定计算机内部通信49-50
• 5.3.3 优化设定计算机与监控计算机通信50-51
• 5.4 PLC控制系统51-54
• 5.5 模型计算机54-64
• 5.5.1 皮带秤电机模型54-55
• 5.5.2 MATLAB的通信和控制回路仿真的建立55-64
• 5.6 监控计算机64-68
• 5.6.1 登录界面64-65
• 5.6.2 工艺流程界面65-66
• 5.6.3 流量设定界面66
• 5.6.4 原料储量界面66
• 5.6.5 设备状态界面66-68
• 5.6.6 报警界面68
• 5.7 运行仿真平台68-75
• 5.8 本章小结75-76
• 6 结论76-78
• 参考文献78-80
• 致谢80

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