1350m~3高炉TRT顶压控制系统的设计与研究
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摘要
高炉炉顶煤气余压回收透平发电装置(TRT)作为一种高效的二次能源回收装置,其运行的前提是必须确保高炉正常生产,即高炉炉顶压力的稳定。本课题设计和研究的重点立足于满足1350m3高炉生产实际的情况下,实现TRT静叶对高炉顶压的有效、稳定控制。
本文的主要工作和成果如下:
1.结合高炉生产工艺流程和TRT高炉顶压控制系统特点,确定1350m3高炉TRT装置顶压控制系统设计原则和总体的设计方案。
2.根据TRT系统设计方案,进行1350m3高炉TRT自动控制系统硬件设计和软件设计;采用西门子S7-400H系列PLC,以梯形图为主要的逻辑表达方式,完成透平机组过程控制系统的主干程序编程,实现TRT对1350m3高炉顶压有效、稳定的控制。
3.根据1350m3高炉生产工艺和设备装备条件,对TRT装置高炉顶压控制系统进行理论分析,采用机理建模和基于现场实际运行数据的系统辨识相结合的方法,分别建立了高炉正常生产和TRT故障停机紧急切换瞬间高炉顶压控制系统数学模型,并对模型进行了分析和仿真验证,仿真结果表明模型基本满足高炉实际运行状况。
4.TRT高炉顶压控制系统优化控制算法研究,针对高炉正常生产情况下的TRT系统主回路,结合现代控制理论,提出并设计了Smith-Fuzzy PID控制算法,并利用MATLAB对系统进行仿真,实现高炉顶压控制系统的升级和优化。同时,将Smith-Fuzzy PID控制算法与其他控制算法进行了仿真比较,模拟验证该算法控制效果的有效性和鲁棒性。
Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit (TRT) is recognized as a High Efficient energy recovery unit, TRT works on the Premise which ensuring the stability of Blast Furnace top pressure. Therefore, the systematically research on the TRT system is very important . The Design and Research of this subject, is ensuring the stability of Blast Furnace top pressure Controlled by oTRT , under the normal production of the Blast Furnace .The main contents of thesis are as follow:
1. Combining the operating precondition of blast furnace and characterisitics of the TRT unit control system, Determine the principle and the method of the blast furnace TRT control system.
2. Based on S7-400H system of Siemens, Combining the principle of the blast furnace TRT control system, the hardware and the software system are designed. The thesis has designed and realized the program of TRT process control system by using PLC Sequential Control Ladder Diagram. And it is fit for the engineering application.
3. By considering the production and the equipment characteristics of iron making, the thesis makes a theoretic analysis on the top pressure stability in TRT unit. Dynamical models, when the TRT unit works under normal condition and emergency shut down, are established respectively, and the models’parameter identification based on data from industrial field .The models are verified by the simulation, and results show that the model can reflect the situation of the blast furnace correctly.
4. The study on the advanced solution of top gas pressure Control. Based on the established model TRT unit under the normal condition, established Smith-Fuzzy PID controller by combining the modern control theory, in order to upgrade and optimizing the top gas pressure control system, this process is simulated with MATLAB, and the simuliation results demonstrate the control effect. Meanwhile, by comparing the simulated result between the other controller, Smith-Fuzzy PID controller shows better robustness and efficiency.
本文的主要工作和成果如下:
1.结合高炉生产工艺流程和TRT高炉顶压控制系统特点,确定1350m3高炉TRT装置顶压控制系统设计原则和总体的设计方案。
2.根据TRT系统设计方案,进行1350m3高炉TRT自动控制系统硬件设计和软件设计;采用西门子S7-400H系列PLC,以梯形图为主要的逻辑表达方式,完成透平机组过程控制系统的主干程序编程,实现TRT对1350m3高炉顶压有效、稳定的控制。
3.根据1350m3高炉生产工艺和设备装备条件,对TRT装置高炉顶压控制系统进行理论分析,采用机理建模和基于现场实际运行数据的系统辨识相结合的方法,分别建立了高炉正常生产和TRT故障停机紧急切换瞬间高炉顶压控制系统数学模型,并对模型进行了分析和仿真验证,仿真结果表明模型基本满足高炉实际运行状况。
4.TRT高炉顶压控制系统优化控制算法研究,针对高炉正常生产情况下的TRT系统主回路,结合现代控制理论,提出并设计了Smith-Fuzzy PID控制算法,并利用MATLAB对系统进行仿真,实现高炉顶压控制系统的升级和优化。同时,将Smith-Fuzzy PID控制算法与其他控制算法进行了仿真比较,模拟验证该算法控制效果的有效性和鲁棒性。
Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit (TRT) is recognized as a High Efficient energy recovery unit, TRT works on the Premise which ensuring the stability of Blast Furnace top pressure. Therefore, the systematically research on the TRT system is very important . The Design and Research of this subject, is ensuring the stability of Blast Furnace top pressure Controlled by oTRT , under the normal production of the Blast Furnace .The main contents of thesis are as follow:
1. Combining the operating precondition of blast furnace and characterisitics of the TRT unit control system, Determine the principle and the method of the blast furnace TRT control system.
2. Based on S7-400H system of Siemens, Combining the principle of the blast furnace TRT control system, the hardware and the software system are designed. The thesis has designed and realized the program of TRT process control system by using PLC Sequential Control Ladder Diagram. And it is fit for the engineering application.
3. By considering the production and the equipment characteristics of iron making, the thesis makes a theoretic analysis on the top pressure stability in TRT unit. Dynamical models, when the TRT unit works under normal condition and emergency shut down, are established respectively, and the models’parameter identification based on data from industrial field .The models are verified by the simulation, and results show that the model can reflect the situation of the blast furnace correctly.
4. The study on the advanced solution of top gas pressure Control. Based on the established model TRT unit under the normal condition, established Smith-Fuzzy PID controller by combining the modern control theory, in order to upgrade and optimizing the top gas pressure control system, this process is simulated with MATLAB, and the simuliation results demonstrate the control effect. Meanwhile, by comparing the simulated result between the other controller, Smith-Fuzzy PID controller shows better robustness and efficiency.
引文
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