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电石炉控制系统的设计与先进控制方案的研究

作　者: 黄杰
导　师: 孙瑜
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电石炉控制系统 PLC WinCC 电极升降系统 改进型PID控制 模糊控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 157次
引　用: 5次
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内容摘要


本文以山西省某电石炉项目为课题背景,根据该项目所提出的电极升降控制、电极压放控制、参数显示等功能要求,以减少能耗、降低人工劳动强度为控制目标,设计实现了一种基于PLC的电石炉控制系统。针对三相电极升降系统中三相电流存在耦合性强、灵敏度高、调节困难等问题,分别研究和采用了改进型PID控制和模糊控制。首先,本文研究了电石炉的生产原理、工艺流程,并对电石生产的主要设备进行详细介绍和说明;其次,设计了电石炉控制系统,对该系统的硬件设备进行选型和安装,并完成了下位机PLC的程序设计和上位机WinCC监控软件的画面设计;再次,本文研究了基于改进型PID控制的电极升降系统,提出了带死区特性的改进型PID控制方案,给出了电极脉冲控制器的设计方法,并完成了该系统的PLC程序设计、调试和应用;最后,设计了基于模糊控制的电极升降系统,提出PLC离线创建模糊控制表的方法,并完成了该系统的PLC程序设计、调试和应用。目前,该电石炉控制系统已投入运行,系统的应用降低了人工劳动强度,改善了电极电流的稳定性,提高了电石生产自动化水平,并达到了节能降耗、提高生产效率的最终目的。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 引言  7
  1.2 电石工业的现状和发展前景  7-9
  1.3 项目背景与研究意义  9-10
  1.4 研究内容和章节安排  10-12
2 电石炉生产工艺及设备  12-20
  2.1 电石炉生产原理  12-14
    2.1.1 碳化钙的反应机理  12-13
    2.1.2 电石炉电气特性  13
    2.1.3 电石炉中的电热过程  13-14
  2.2 电石炉生产工艺及设备  14-19
    2.2.1 电石炉生产工艺流程  15
    2.2.2 电石炉的主要设备  15-19
  2.3 本章小结  19-20
3 电石炉控制系统的设计  20-37
  3.1 电石炉控制系统设计  20-23
    3.1.1 项目需求  20-21
    3.1.2 控制系统设计  21-23
  3.2 硬件选型与安装  23-26
    3.2.1 PLC及相关硬件简介  23
    3.2.2 控制系统硬件选型  23-25
    3.2.3 控制系统的硬件安装  25-26
  3.3 软件设计与实现  26-36
    3.3.1 STEP7和WinCC软件简介  26-27
    3.3.2 下位机软件设计与实现  27-32
      3.3.2.1 组态和通讯设置  27-28
      3.3.2.2 程序设计  28-32
    3.3.3 上位机监控系统设计与实现  32-36
      3.3.3.1 变量管理和通讯设置  32-33
      3.3.3.2 WinCC画面设计  33-36
  3.4 本章小结  36-37
4 改进型PID电极升降控制系统  37-51
  4.1 电极升降控制系统的设计  37-43
    4.1.1 常规PID控制器  37-39
    4.1.2 改进型PID控制系统的设计  39-43
  4.2 控制系统的PLC程序设计  43-48
    4.2.1 整体设计  43-45
    4.2.2 编程实现  45-48
  4.3 控制系统的WinCC软件设计  48
  4.4 系统调试与运行  48-50
  4.5 本章小节  50-51
5 基于模糊控制的电极升降系统  51-69
  5.1 模糊控制系统的设计  51-57
    5.1.1 模糊控制器的结构设计  51-52
    5.1.2 模糊知识库的建立  52-55
    5.1.3 模糊化方法的选取  55-56
    5.1.4 模糊推理算法的研究  56
    5.1.5 清晰化及模糊控制表的建立  56-57
  5.2 控制系统的PLC程序设计  57-66
    5.2.1 程序结构和流程设计  58-59
    5.2.2 程序设计与编程  59-66
      5.2.2.1 创建模糊控制表的程序设计  60-63
      5.2.2.2 电极升降控制的程序设计  63-65
      5.2.2.3 功能切换的程序设计  65-66
  5.3 系统调试与运行  66-68
  5.4 本章小结  68-69
6 总结与展望  69-71
  6.1 总结  69-70
  6.2 展望  70-71
致谢  71-73
参考文献  73-75
附录  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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