大圆坯连铸机结晶器液面自动控制系统的研究与应用
发布时间：2021-03-01 18:55
在圆坯连铸生产过程中,结晶器内钢水液面要求保持稳定,一方面可以避免钢渣卷入钢水,影响铸坯质量,同时也有利于形成坯壳,避免漏钢、溢钢等事故,因此结晶器液面控制系统在连铸控制系统中占据着至关重要的作用。塞棒控制是结晶器液面控制系统的核心,塞棒的开关控制中间包流入结晶器的钢水流量。由于结晶器液位控制具有时变性和非线性,同时生产过程中钢渣等杂质容易附着在塞棒表面,影响到正常的钢水流动,加大了控制的难度。为了保证结晶器液面控制的效果,本文结合莱钢800mm大圆坯连铸机现场生产实际,对影响控制实现的因素进行了分析,对影响结晶器液面控制的一些困难进行了深入挖掘,找到了一些影响控制实现的解决办法。浇铸开始阶段,变化因素多,控制难度较大,无法直接进行自动调节;在连续浇铸过程中,变化因素减少,从而具备了自动调节的条件。为了保证结晶器液面自动调节的效果,将液面控制分为浇铸开始和正常浇铸两个阶段,浇铸开始阶段采用分段控制完成结晶器内钢水填充,浇铸过程中采用PID方式维持结晶器液面稳定。同时,改进了原有单级PID方法,分析和设计了串级PID控制方法实现塞棒的控制,主回路对结晶器液位进行调节,副回路对塞棒进行调节...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 结晶器液位控制的研究意义
1.3 结晶器液位控制系统技术的现状
1.4 本文的结构安排
2 结晶器液面控制系统分析
2.1 连铸工艺介绍
2.2 结晶器液面控制系统
2.2.1 结晶器液位检测系统
2.2.2 塞棒系统
2.3 结晶器液位控制需要达到的目标
2.3.1 液位控制的特点
2.3.2 影响结晶器液位变化的因素
2.3.3 功能分析需求
2.3.4 业务流程图
2.4 小结
3 系统硬件设计方案
3.1 设计原则
3.1.1 可靠原则
3.1.2 稳定原则
3.1.3 安全原则
3.1.4 高效原则
3.1.5 设备保护原则
3.2 PLC硬件设计
3.2.1 硬件工作环境
3.2.2 CPU选型
3.2.3 模拟量输入（Analogy Input，AI）模板
3.2.4 拟量输出（Analogy Output，AO）模板
3.2.5 数字量输入（Digital Input，DI）模板
3.2.6 数字量输出（Digital Output，DO）模板
3.2.7 本系统控制设备
3.3 现场总线设计
3.3.1 Profibus-DP
3.3.2 工业以太网通信
3.3.3 系统网络图
3.4 客户机/服务器设计
3.4.1 服务器冗余
3.4.2 客户机冗余
3.5 小结
4 软件设计
4.1 结晶器液位信号的处理
4.1.1 计算机控制系统组成与原理
4.1.2 计算机信号的要求
4.1.3 信号处理的原理
4.1.4 结晶器液位信号滤波设计
4.2 结晶器液位调节控制
4.2.1 调节模式设计
4.2.2 结晶器液位系统分析
4.2.3 影响结晶器液位各工艺参数的分析
4.2.4 开浇阶段液面控制系统设计
4.3 塞棒自动冲洗程序
4.4 结晶器液面自动控制
4.4.1 PID控制
4.4.2 结晶器液面自动控制基础
4.4.3 串级PID调节器的设计
4.4.4 PID死区设计
4.4.5 事故程序设计
4.5 小结
5 软件实现
5.1 软件编程
5.1.1 编程软件
5.1.2 硬件组态
5.1.3 软件编程
5.1.4 主要程序结构
5.2 HMI开发
5.2.1 系统登录界面
5.2.2 用户权限管理
5.2.3 网络系统监控
5.2.4 状态监控画面
5.3 小结
6 测试与验证
6.1 结晶器液位检测系统的验证
6.2 正常浇铸液面控制
6.3 浇铸速度改变时的液位调节效果
6.4 塞棒动作曲线图
6.5 小结
7 总结
7.1 分段控制与串级PID相结合的控制方式
7.2 完善的HMI功能
7.3 产品质量得到提升
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]放射性液位检测系统应用分析[J]. 庞朝辉,孙玉红. 仪器仪表用户. 2014(01)
[2]薄板坯连铸液位波动产生原因与控制[J]. 陈高亮,杨峰. 包钢科技. 2013(05)
[3]实施PID参数整定提高苯酚丙酮装置自控水平[J]. 张恒. 数字技术与应用. 2012(03)
[4]快速实时工业以太网的研究[J]. 赵飞翔,冯冬芹,胡协和. 计算机工程. 2011(16)
[5]连铸结晶器液位检测与控制系统概述[J]. 曹建峰,孔意文. 钢铁技术. 2010(03)
[6]结晶器专家系统在莱钢宽厚板连铸机中的应用[J]. 刘海鲲,颜炳正,李凤巧,董跃华,鲍红宾. 山东冶金. 2010(02)
[7]用电解铝液铸造铝合金热轧锭坯的关键技术[J]. 沈海鸥. 铸造技术. 2010(04)
[8]弧形连铸机全自动浇钢控制系统的研究[J]. 李东辉,刘相华,王国栋. 铸造技术. 2006(03)
[9]数字PID控制算法的研究[J]. 历风满. 辽宁大学学报(自然科学版). 2005(04)
[10]连铸机结晶器的液位自动控制[J]. 李建科. 山东冶金. 2004(01)
硕士论文
[1]连铸生产中液位检测系统的研究[D]. 高峰.武汉科技大学 2010
本文编号：3057886
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 结晶器液位控制的研究意义
1.3 结晶器液位控制系统技术的现状
1.4 本文的结构安排
2 结晶器液面控制系统分析
2.1 连铸工艺介绍
2.2 结晶器液面控制系统
2.2.1 结晶器液位检测系统
2.2.2 塞棒系统
2.3 结晶器液位控制需要达到的目标
2.3.1 液位控制的特点
2.3.2 影响结晶器液位变化的因素
2.3.3 功能分析需求
2.3.4 业务流程图
2.4 小结
3 系统硬件设计方案
3.1 设计原则
3.1.1 可靠原则
3.1.2 稳定原则
3.1.3 安全原则
3.1.4 高效原则
3.1.5 设备保护原则
3.2 PLC硬件设计
3.2.1 硬件工作环境
3.2.2 CPU选型
3.2.3 模拟量输入（Analogy Input，AI）模板
3.2.4 拟量输出（Analogy Output，AO）模板
3.2.5 数字量输入（Digital Input，DI）模板
3.2.6 数字量输出（Digital Output，DO）模板
3.2.7 本系统控制设备
3.3 现场总线设计
3.3.1 Profibus-DP
3.3.2 工业以太网通信
3.3.3 系统网络图
3.4 客户机/服务器设计
3.4.1 服务器冗余
3.4.2 客户机冗余
3.5 小结
4 软件设计
4.1 结晶器液位信号的处理
4.1.1 计算机控制系统组成与原理
4.1.2 计算机信号的要求
4.1.3 信号处理的原理
4.1.4 结晶器液位信号滤波设计
4.2 结晶器液位调节控制
4.2.1 调节模式设计
4.2.2 结晶器液位系统分析
4.2.3 影响结晶器液位各工艺参数的分析
4.2.4 开浇阶段液面控制系统设计
4.3 塞棒自动冲洗程序
4.4 结晶器液面自动控制
4.4.1 PID控制
4.4.2 结晶器液面自动控制基础
4.4.3 串级PID调节器的设计
4.4.4 PID死区设计
4.4.5 事故程序设计
4.5 小结
5 软件实现
5.1 软件编程
5.1.1 编程软件
5.1.2 硬件组态
5.1.3 软件编程
5.1.4 主要程序结构
5.2 HMI开发
5.2.1 系统登录界面
5.2.2 用户权限管理
5.2.3 网络系统监控
5.2.4 状态监控画面
5.3 小结
6 测试与验证
6.1 结晶器液位检测系统的验证
6.2 正常浇铸液面控制
6.3 浇铸速度改变时的液位调节效果
6.4 塞棒动作曲线图
6.5 小结
7 总结
7.1 分段控制与串级PID相结合的控制方式
7.2 完善的HMI功能
7.3 产品质量得到提升
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]放射性液位检测系统应用分析[J]. 庞朝辉,孙玉红. 仪器仪表用户. 2014(01)
[2]薄板坯连铸液位波动产生原因与控制[J]. 陈高亮,杨峰. 包钢科技. 2013(05)
[3]实施PID参数整定提高苯酚丙酮装置自控水平[J]. 张恒. 数字技术与应用. 2012(03)
[4]快速实时工业以太网的研究[J]. 赵飞翔,冯冬芹,胡协和. 计算机工程. 2011(16)
[5]连铸结晶器液位检测与控制系统概述[J]. 曹建峰,孔意文. 钢铁技术. 2010(03)
[6]结晶器专家系统在莱钢宽厚板连铸机中的应用[J]. 刘海鲲,颜炳正,李凤巧,董跃华,鲍红宾. 山东冶金. 2010(02)
[7]用电解铝液铸造铝合金热轧锭坯的关键技术[J]. 沈海鸥. 铸造技术. 2010(04)
[8]弧形连铸机全自动浇钢控制系统的研究[J]. 李东辉,刘相华,王国栋. 铸造技术. 2006(03)
[9]数字PID控制算法的研究[J]. 历风满. 辽宁大学学报(自然科学版). 2005(04)
[10]连铸机结晶器的液位自动控制[J]. 李建科. 山东冶金. 2004(01)
硕士论文
[1]连铸生产中液位检测系统的研究[D]. 高峰.武汉科技大学 2010
本文编号：3057886
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