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1、分类号：_密级：_：_单位代码：_安徽工业大学硕士学位论文论文题目：加热炉计算机控制系统的设计与实现学号：_电气工程作 者：_专 业 名 称：_2010年05月28日安徽工业大学硕士学位论文加热炉计算机控制系统的设计与实现论文题目： Design and Application of Computer Control Systems for Reheating Furnace电气信息学院安徽工业大学作 者： 学院： 指 导 教 师： 单位： 协助指导教师： 单位： 中冶华天工程技术有限公司 单位： 论文提交日期：2010年 05月 28日学位授予单位：安 徽 工 业 大 学安徽马鞍山 2430
2、02独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安徽工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名 日期：_关于论文使用授权的说明本人完全了解安徽工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文,保密的论文在解密后应遵循此规定。签名 导师签名 日
3、期：_摘要加热炉是轧钢生产线上的最重要的设备之一，其控制目标是满足开轧所要求的钢坯温度分布，实现钢坯表面最小氧化烧损，达到最少能耗的经济指标目的。因此，提高加热炉的热效率、降低能耗，对减少冶金工业能耗有积极的意义。加热炉计算机控制系统主要包括基础自动化控制系统（LEVLEL1）和过程自动化控制系统（LEVEL2），其中LEVEL1控制系统包括燃烧控制系统和顺序控制系统，LEVEL2系统由板坯物料跟踪模型、板坯温度预报模型和通讯三部分构成。燃烧控制系统主要包括空煤气的双交叉限幅比例控制、炉膛压力控制、热风自动放散控制、热风压力控制和煤气自动切断保护控制，我们通过研究开发了“炉温模糊自动控制器”，
4、从而实现了炉温的快速响应。顺控系统主要包括装钢机的控制、步进梁控制、出钢机控制以及液压系统的控制。物料跟踪系统主要是坯料的入炉侧辊道跟踪，炉内跟踪，以及出炉辊道的跟踪。钢坯温度预报模型主要包括装炉温度计算模型，炉内温度周期计算模型和出炉温度计算模型，本文主要提出了基于分段BP神经网络的钢坯温度预报模型，并进行了离线仿真。其中通讯主要由LEVLE2系统与LEVEL1系统之间的温度数据采集、装出钢机设定、步进梁设定、坯料的辊道跟踪；与轧线计算机的通讯和与MES系统的通讯等组成，本文详细研究了TCP/IP SOCKET的通讯编程方法。最后，以板坯生产过程为研究对象，开发了基于SIEMENS S7-4
5、00PLC和WINCC软件的基础自动化系统。在此基础上，结合板坯的物料跟踪模型、钢坯温度预测模型和通讯，实现对各种钢种和厚度板坯的加热质量控制，预测板坯三层温度并传送给轧机，实现加热炉的全自动生产控制。关键词：加热炉；计算机控制系统；温度控制；模型AbstractReheating furnace is the most important one of the equipment of steel rolling production line, the control objective is to meet the required open-rolled temperature dis
6、tribution under the premise, achieving economic indicators of the minimum billet surface burning and minimal energy consumption. Therefore, improving furnace thermal efficiency, reduce energy consumption, to reduce industrial energy consumption has a positive meaning.Reheating furnace computer contr
7、ol system including basic automation system (LEVEL1) and process automaiton system(LEVEL2). LEVEL1 control system includes heating control system and sequence control system. LEVEL2 includes slab tracking model, temperature prediction model and communication.Heating control system include double cro
8、ss limited control of air and gas, hearth pressure control, hot air exhaust control and hot air pressure control and gas automatic cut-off control, development “FUZZY controler” realized fast response of furnace temperature.Sequence system includes charging machine control, walking beam control, dis
9、charging machine control and hydraulic system control.Slab tracking system completes roll table tracking of charge side and discharge side, inside furnace tracking.Slab temperature prediction model include charge slab temperature calculation, cycle temperature calculation model of inside furnace and
10、 discharging slab temperature calculation model, proposed slab temperature prediction model based on furnace zone BP netural network and carried out off-line simulation.Communication including: temperature data sample, charging machine and discharging machine set, walking beam set, slab tracking bet
11、ween LEVEL2 system and LEVEL1 system, communication with Mill LEVEL2 computer and MES system, detail research communication method of TCP/IP SOCKET.Finally, slab production process as the research object, developed based automation systems based on the SIEMENS S7-400PLC and WINCC. On this basis, com
12、bined with slab material tracking model, billet temperature prediction model and communication to achieve a variety of steel grades and thickness of slab heating quality control, forecasting three level temperatures transmitted to mill, realize the furnace automatic production control.Key words：rehe
13、ating furnace; computer control system; temperature control; model目录加热炉计算机控制系统的设计与实现1摘要1Abstract2引言1第一章文献综述21.1 加热炉计算机控制概述21.1.1 顺序控制系统和物料跟踪21.1.2 钢坯温度预报模型31.1.3 炉温优化设定模型41.2 国内外研究现状及发展趋势51.3 课题背景61.4 本论文的研究内容及意义7第二章 加热炉工艺流程及结构简介82.1 加热炉区工艺流程82.2 加热炉基本尺寸和参数82.2.1 加热炉基本尺寸82.2.2 加热炉基本参数92.3 炉型结构特点10第三
14、章 加热炉基础自动化控制系统113.1 双交叉限幅燃烧控制系统123.2 炉温模糊控制系统133.2.1 模糊控制器结构133.2.2炉温模糊控制器的设计143.2.3 实际应用及效果163.3 步进梁速度优化控制163.3.1 速度曲线控制原理163.3.2 速度曲线优化控制及分析173.3.3实际应用19第四章加热炉数学模型的研究与仿真204.1 数学模型概述204.2 模型参数的建立204.2.1沿炉长方向炉温的线性插值204.2.2比热和热传导系数的线性插值计算214.3基理温度预报模型224.3.1 三维导热数学模型224.3.2 温度预报模型的工程考虑234.3.3温度预报模型的边界条件234.3.4模型验证244.4 分段BP神经网络钢温预测和仿真254.4.1 三层BP网络结构的建立254.4.2 神经网络输
