采用VOD法不锈钢冶炼过程实用化自动控制方法的研究
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摘要
不锈钢冶炼是一个复杂的过程,真空吹氧精炼法,简称VOD法(Vacuum Oxygen Decarburization)是冶炼高品质不锈钢的重要方法。其具有冶炼工艺复杂,控制参数易变,影响因素多等特点。针对该特点,设计人员提出过很多控制方法,如PID控制,专家系统,学习系统等。
本文深入研究了VOD冶炼的工艺发展历史,和冶炼工艺的具体要求,系统分析了控制平台的软硬件设计要求。针对系统具有的时变性强,影响因素多,对快速性要求高的特点,提出了各功能单独编译统一调用的方案,在现场运行具有运行稳定,冶炼效果良好的特点。
吹氧控制系统是冶炼系统中’的关键部分,具有时变性,同时对快速性也有很高的要求。为了解决这一问题,采用模糊控制作为系统中吹氧部分的控制算法。在认真研究工艺要求的基础上,在现场调试中采集了大量可靠的数据资料,在离线状态下通过总结专家的经验并结合数据进行反复推算,最终总结出有效的模糊控制规则。通过Mamdani极大极小法对模糊规则进行推断后,最终形成模糊决策,满足了吹氧系统对实时性,快速性的要求。
在系统实际运行中,真空度的误差符合要求,氧气流量控制达到设计标准,不仅在连续生产中取得了良好的效果,而且为同类型的冶炼控制提供了良好的借鉴。
The refining of stainless steel is a complicated process.Vacuum oxygen decarburization, (VOD), is the main way to refine high quality stainless steel, in which the technology is very complicated, the control parameter is instable, and has many influencing factors.Many methods have been proposed to solve this problem, such as PID control, expert system, learning system and so on.
This thesis researched the development history of VOD and the requirement of the technics deeply, and analized requirements of the control platform, including both hardware and software parts. Since the system have the high requirement to the time variability and rapid is sensitive to the influencing factors.The project is proposed, in which functions is complited individually while called uniformly. In the industrial field, the project performs stably.
Blowing oxygen control system is the key of the process, which is time-variable, and has high requirement to speed. A fuzzy control is proposed control algorithn of the blowing oxygen system to solve this problem. After researching the technics and selecting data, the expert's experience is concluded and deduced repeatly, and the effectly fuzzy rules were achieved finally. Through Mamdani max and min rules, the fuzzy decision is formed, which satisfied the requirement of real-time and for system.
When the system works, the error of the vacuum meet the technological requirement, and the controlling of the oxygen flow up to desigh standard. The system not only works well to practical production, but also provides a good reference for the smelting control of the same type.
本文深入研究了VOD冶炼的工艺发展历史,和冶炼工艺的具体要求,系统分析了控制平台的软硬件设计要求。针对系统具有的时变性强,影响因素多,对快速性要求高的特点,提出了各功能单独编译统一调用的方案,在现场运行具有运行稳定,冶炼效果良好的特点。
吹氧控制系统是冶炼系统中’的关键部分,具有时变性,同时对快速性也有很高的要求。为了解决这一问题,采用模糊控制作为系统中吹氧部分的控制算法。在认真研究工艺要求的基础上,在现场调试中采集了大量可靠的数据资料,在离线状态下通过总结专家的经验并结合数据进行反复推算,最终总结出有效的模糊控制规则。通过Mamdani极大极小法对模糊规则进行推断后,最终形成模糊决策,满足了吹氧系统对实时性,快速性的要求。
在系统实际运行中,真空度的误差符合要求,氧气流量控制达到设计标准,不仅在连续生产中取得了良好的效果,而且为同类型的冶炼控制提供了良好的借鉴。
The refining of stainless steel is a complicated process.Vacuum oxygen decarburization, (VOD), is the main way to refine high quality stainless steel, in which the technology is very complicated, the control parameter is instable, and has many influencing factors.Many methods have been proposed to solve this problem, such as PID control, expert system, learning system and so on.
This thesis researched the development history of VOD and the requirement of the technics deeply, and analized requirements of the control platform, including both hardware and software parts. Since the system have the high requirement to the time variability and rapid is sensitive to the influencing factors.The project is proposed, in which functions is complited individually while called uniformly. In the industrial field, the project performs stably.
Blowing oxygen control system is the key of the process, which is time-variable, and has high requirement to speed. A fuzzy control is proposed control algorithn of the blowing oxygen system to solve this problem. After researching the technics and selecting data, the expert's experience is concluded and deduced repeatly, and the effectly fuzzy rules were achieved finally. Through Mamdani max and min rules, the fuzzy decision is formed, which satisfied the requirement of real-time and for system.
When the system works, the error of the vacuum meet the technological requirement, and the controlling of the oxygen flow up to desigh standard. The system not only works well to practical production, but also provides a good reference for the smelting control of the same type.
引文
1.岑永权,张国富.不锈钢冶炼技术的发展[J],上海金属,1999：11-14
2.腾晓峰,朱苗勇,陈兆平,黄宗泽.宝钢AOD-VOD不锈钢冶炼过程的数学模型[J],2003中国钢铁年会论文集,2003：692-699.
3.丁宇飞.VOD炉计算机控制系统设计和控制算法研究(D),沈阳东北大学,2005.
4.刘竑,李实.高效VOD在不锈钢三步法工艺中的应用[J],2005年炉外精炼学术年会论文集,2005：34-36.
5.王国亮.基于模糊PID补偿器的多电机同步控制策略研究(D),沈阳东北大学,2006.
6.张化光,何希勒.模糊自适应控制理论及其应用[M],北京：北京航空航天大学出版社,2002.7
7.腾晓峰.AOD-VOD不锈钢冶炼过程的数学模拟[D],沈阳东北大学,2003
8.何巍,冯树勋.首钢三炼钢厂VD真空精炼炉工程设计[J],2003中国钢铁年会论文集,2003：205-209
9.林建华.基于PLC和模糊自整定参数的造纸烘干控制系统的开发[D],浙江大学,2006
10.肖志勇.具有模糊控制功能的PLC开发平台的设计[D],北方工业大学,2006
11.吴晓莉,林哲辉.MATLAB辅助模糊系统设计[M],西安：西安电子科技大学出版社,2002,46-55
12.西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.S7-300可编程控制器产品目录[M],2003,2-4
13.西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.运用STEP-7V5.2进行编程[M],2001,36-40
14.西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.SIMOVERT MASTERDRIVERS使用大全[M],2005,6-7
15.赵涛.基于PROFIBUS-DP的腈纶纺丝控制系统的研制[D],合肥工业大学,2006
16. Siemens AG Automation and Drives Group. SIMATIC S7-300 Programmable Controller Getting Started[M],2001,21-25
17. Siemens AG Automation and Drives Group. SIMATIC Program with STEP-7 V5.1[M],2001,92-110
18.Siemens AG Automation and Drives Group. SIMATIC S7-300 and M7-300 Programmable Specification[M],2001,62-71
19.戴永年,赵忠.真空冶金[M],北京：冶金工业出版社,1988,301-302
20.绍杰.基于PLC的模糊控制变频调速系统[D],曲阜师范大学,2006
21.范志宇.模糊控制在电机调速中的研究[D],太原理工大学,2006
22.诸静.模糊控制原理与应用[M],北京：机械工业出版社,1995,240-314
23.王志秀.模糊专家控制器设计及在双向过滤污水处理中的应用[D],大庆石油学院,2002
24.王东,包燕平,徐保美.VOD精练过程的水模型实验[J],特殊钢,2006：40-42
25.宋贵良,宋士丹,崔宝林,杨青海.VOD工艺精炼包的可行性[J],一重技术,2000：29-31
26.何巍,冯术勋.首钢三炼厂VD真空精炼炉工程设计[J],2003中国钢铁年会论文集,2003：205-209
27.柳学胜.超低炭高硅不锈钢的冶炼[J],钢铁,2005：37-40
28.杨志勇.太钢VOD精炼炉控制系统[J],机械工程与自动化控制系统,2005：84-86
29.王登峰.复吹转炉终点氧含量的控制与预报[D],武汉科技大学,2005
30.陈章宝.基于PLC的重介选煤工艺模糊控制的研究[D],安徽理工大学,2006
31.肖志勇.具有模糊控制功能的PLC开发平台的设计[D],北方工业大学,2006
32.陈聪.LD-VOD法在冶炼低碳不锈钢中的应用[J],科技情报开发与经济,2006：251-252
33.姜周华,李阳.洁净不锈钢冶炼技术[J],钢铁冶金,2004：59-65
34.刘竑,李实.高效VOD在不锈钢三步法工艺中的应用[J],2005炉外精炼学术年会论文集,2005：35-38
35.李虎山.基于PROFIBUS的实验型装配生产线控制系统设计与实现[D],中南大学,2005
36.王晓冬,巴德纯,王庆,杨乃恒.真空冶金设备抽气装置专家系统应用实例[J],2004全国真空冶金与表面工程学术研讨会论文集,2004：51-54
37.刘炼城.朱钢不锈钢冶炼技术探讨[J],冶金丛刊,2003：4-6
38.唐小云.VD/VOD炉热调试工艺分析与生产实践[J],江苏冶金,2003：24-27
39.殷杰.电弧炉电极调节系统控制方法研究[D],北京机械工业学院,2005
40.程建.模糊预测控制在玻璃熔窑温度系统中应用的研究[D],安徽理工大学,2005
41.李华.模糊专家系统的研究与实践[D],贵州大学,2006
42.李晓丹.模糊PID控制器的设计研究[D],天津大学,2005
43.张林伟.基于遗传算法的模糊控制系统的研究[D],长春理工大学,2005
44.蒋红梅.模糊PID控制在变风量空调系统中的应用[D],西安建筑科技大学,2001
45.郑盈盈.模糊控制在热风炉控制中的应用研究[D],合肥工业大学,2006
46.沈韦.模糊PID控制在水下机器人运动控制中的应用[D],哈尔工程大学,2005
47.张明.智能PID的仿真研究与工程应用[D],华中科技大学,2005
48.崔艳.智能模糊PID控制系统研究与设计[D],太原理工大学,2005
49.熊均泉.压力容器退火炉模糊PID温度控制系统的研究[D],湖南大学,2004
50.汤玲.主动磁力轴承的模糊PID控制[D],武汉理工大学,2006
2.腾晓峰,朱苗勇,陈兆平,黄宗泽.宝钢AOD-VOD不锈钢冶炼过程的数学模型[J],2003中国钢铁年会论文集,2003：692-699.
3.丁宇飞.VOD炉计算机控制系统设计和控制算法研究(D),沈阳东北大学,2005.
4.刘竑,李实.高效VOD在不锈钢三步法工艺中的应用[J],2005年炉外精炼学术年会论文集,2005：34-36.
5.王国亮.基于模糊PID补偿器的多电机同步控制策略研究(D),沈阳东北大学,2006.
6.张化光,何希勒.模糊自适应控制理论及其应用[M],北京：北京航空航天大学出版社,2002.7
7.腾晓峰.AOD-VOD不锈钢冶炼过程的数学模拟[D],沈阳东北大学,2003
8.何巍,冯树勋.首钢三炼钢厂VD真空精炼炉工程设计[J],2003中国钢铁年会论文集,2003：205-209
9.林建华.基于PLC和模糊自整定参数的造纸烘干控制系统的开发[D],浙江大学,2006
10.肖志勇.具有模糊控制功能的PLC开发平台的设计[D],北方工业大学,2006
11.吴晓莉,林哲辉.MATLAB辅助模糊系统设计[M],西安：西安电子科技大学出版社,2002,46-55
12.西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.S7-300可编程控制器产品目录[M],2003,2-4
13.西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.运用STEP-7V5.2进行编程[M],2001,36-40
14.西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.SIMOVERT MASTERDRIVERS使用大全[M],2005,6-7
15.赵涛.基于PROFIBUS-DP的腈纶纺丝控制系统的研制[D],合肥工业大学,2006
16. Siemens AG Automation and Drives Group. SIMATIC S7-300 Programmable Controller Getting Started[M],2001,21-25
17. Siemens AG Automation and Drives Group. SIMATIC Program with STEP-7 V5.1[M],2001,92-110
18.Siemens AG Automation and Drives Group. SIMATIC S7-300 and M7-300 Programmable Specification[M],2001,62-71
19.戴永年,赵忠.真空冶金[M],北京：冶金工业出版社,1988,301-302
20.绍杰.基于PLC的模糊控制变频调速系统[D],曲阜师范大学,2006
21.范志宇.模糊控制在电机调速中的研究[D],太原理工大学,2006
22.诸静.模糊控制原理与应用[M],北京：机械工业出版社,1995,240-314
23.王志秀.模糊专家控制器设计及在双向过滤污水处理中的应用[D],大庆石油学院,2002
24.王东,包燕平,徐保美.VOD精练过程的水模型实验[J],特殊钢,2006：40-42
25.宋贵良,宋士丹,崔宝林,杨青海.VOD工艺精炼包的可行性[J],一重技术,2000：29-31
26.何巍,冯术勋.首钢三炼厂VD真空精炼炉工程设计[J],2003中国钢铁年会论文集,2003：205-209
27.柳学胜.超低炭高硅不锈钢的冶炼[J],钢铁,2005：37-40
28.杨志勇.太钢VOD精炼炉控制系统[J],机械工程与自动化控制系统,2005：84-86
29.王登峰.复吹转炉终点氧含量的控制与预报[D],武汉科技大学,2005
30.陈章宝.基于PLC的重介选煤工艺模糊控制的研究[D],安徽理工大学,2006
31.肖志勇.具有模糊控制功能的PLC开发平台的设计[D],北方工业大学,2006
32.陈聪.LD-VOD法在冶炼低碳不锈钢中的应用[J],科技情报开发与经济,2006：251-252
33.姜周华,李阳.洁净不锈钢冶炼技术[J],钢铁冶金,2004：59-65
34.刘竑,李实.高效VOD在不锈钢三步法工艺中的应用[J],2005炉外精炼学术年会论文集,2005：35-38
35.李虎山.基于PROFIBUS的实验型装配生产线控制系统设计与实现[D],中南大学,2005
36.王晓冬,巴德纯,王庆,杨乃恒.真空冶金设备抽气装置专家系统应用实例[J],2004全国真空冶金与表面工程学术研讨会论文集,2004：51-54
37.刘炼城.朱钢不锈钢冶炼技术探讨[J],冶金丛刊,2003：4-6
38.唐小云.VD/VOD炉热调试工艺分析与生产实践[J],江苏冶金,2003：24-27
39.殷杰.电弧炉电极调节系统控制方法研究[D],北京机械工业学院,2005
40.程建.模糊预测控制在玻璃熔窑温度系统中应用的研究[D],安徽理工大学,2005
41.李华.模糊专家系统的研究与实践[D],贵州大学,2006
42.李晓丹.模糊PID控制器的设计研究[D],天津大学,2005
43.张林伟.基于遗传算法的模糊控制系统的研究[D],长春理工大学,2005
44.蒋红梅.模糊PID控制在变风量空调系统中的应用[D],西安建筑科技大学,2001
45.郑盈盈.模糊控制在热风炉控制中的应用研究[D],合肥工业大学,2006
46.沈韦.模糊PID控制在水下机器人运动控制中的应用[D],哈尔工程大学,2005
47.张明.智能PID的仿真研究与工程应用[D],华中科技大学,2005
48.崔艳.智能模糊PID控制系统研究与设计[D],太原理工大学,2005
49.熊均泉.压力容器退火炉模糊PID温度控制系统的研究[D],湖南大学,2004
50.汤玲.主动磁力轴承的模糊PID控制[D],武汉理工大学,2006
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