基于熔池电阻实时计算的矿热炉自控系统的研究
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摘要
矿热炉是生产铁合金的主要设备，对其控制的好坏直接影响到产品的质量、企业的经济效益。对矿热炉进行控制策略的研究和自动化技术改造，对企业的增产降耗，减轻工人劳动强度，有重大的意义和价值。
针对当前采用电流作为控制量的弊端，在分析矿热炉主电路的基础上，提出了采用熔池电阻作为控制量的控制方案，并给出了熔池电阻的计算公式。在研究了硅锰生产工艺流程的基础上，本文针对一台12500KVA的硅锰矿热炉设计了由上位机(PC)和下位机(PLC)构成的控制系统方案。下位机采用具有模块化结构的可编程控制器Siemens S7-300完成数据的采集和对生产工艺的控制。上位机采用组态王软件设计了监控应用程序，提供了友好的人机交互界面和实时数据管理功能。
采用T-S模型的模糊辨识方法，建立了矿热炉电阻控制系统的T-S模糊模型；在此基础上，设计了模糊数模型控制器，运用MATLAB仿真软件对该控制系统进行仿真，并与传统控制规律(常规PID)的仿真结果进行比较分析。仿真结果表明，本文提出的控制策略使矿热炉电阻控制系统有较好的抗干扰和较高的调节精度。
Submerged arc furnace is the main equipment of ferroalloy producing. The quality of the product and the enterprise's economic efficiency mainly depend on the controlling of it. There is much significance and value for the studying of the controlling strategy and automation technological reform of it.
Point to the defect of current use current as controlled, based on the analysis of the main circuit of the submerged arc furnace, the control strategy using molten bath resistance is introduced and the formula of molten bath resistance calculation is given. On the basis of studying silicon-manganese production technology, an automatic control system which consists of PC and PLC for a 12500kVA silicon-manganese submerged arc furnace was designed. Modularized PLC Siemens S7-300 system is used to collect data and control production technology, and Kingview software is used to design supervisory program which has a friendly human machine interface and can manage real-time data.
Using TS fuzzy model identification, TS fuzzy model of submerged arc furnace resistance control system is proposed, and fuzzy number model controller is designed. Matlab software is used to simulate the control system, and the result of it is compared with the traditionally designed PID control. The simulate analysis result show that the proposed control strategy used in submerged arc furnace resistance control system has better anti-jamming and accuracy.
针对当前采用电流作为控制量的弊端，在分析矿热炉主电路的基础上，提出了采用熔池电阻作为控制量的控制方案，并给出了熔池电阻的计算公式。在研究了硅锰生产工艺流程的基础上，本文针对一台12500KVA的硅锰矿热炉设计了由上位机(PC)和下位机(PLC)构成的控制系统方案。下位机采用具有模块化结构的可编程控制器Siemens S7-300完成数据的采集和对生产工艺的控制。上位机采用组态王软件设计了监控应用程序，提供了友好的人机交互界面和实时数据管理功能。
采用T-S模型的模糊辨识方法，建立了矿热炉电阻控制系统的T-S模糊模型；在此基础上，设计了模糊数模型控制器，运用MATLAB仿真软件对该控制系统进行仿真，并与传统控制规律(常规PID)的仿真结果进行比较分析。仿真结果表明，本文提出的控制策略使矿热炉电阻控制系统有较好的抗干扰和较高的调节精度。
Submerged arc furnace is the main equipment of ferroalloy producing. The quality of the product and the enterprise's economic efficiency mainly depend on the controlling of it. There is much significance and value for the studying of the controlling strategy and automation technological reform of it.
Point to the defect of current use current as controlled, based on the analysis of the main circuit of the submerged arc furnace, the control strategy using molten bath resistance is introduced and the formula of molten bath resistance calculation is given. On the basis of studying silicon-manganese production technology, an automatic control system which consists of PC and PLC for a 12500kVA silicon-manganese submerged arc furnace was designed. Modularized PLC Siemens S7-300 system is used to collect data and control production technology, and Kingview software is used to design supervisory program which has a friendly human machine interface and can manage real-time data.
Using TS fuzzy model identification, TS fuzzy model of submerged arc furnace resistance control system is proposed, and fuzzy number model controller is designed. Matlab software is used to simulate the control system, and the result of it is compared with the traditionally designed PID control. The simulate analysis result show that the proposed control strategy used in submerged arc furnace resistance control system has better anti-jamming and accuracy.
引文
[1] 李春德，铁合金冶金学[M]，第一版，北京，冶金工业出版社，1995，1-15
[2] 穆国华，电石炉控制系统的应用和研究，西安电子科技大学硕士毕业论文
[3] 中华人民共和国国家发展和改革委员会，关于推进铁合金行业加快结构调整的通知(发改产业[2006]567号)，北京，2006
[4] 田学中，SIMATIC可编程控制器在20000kVA硅锰炉上的应用][J]，工业仪表与自动化装置，1998，5．41-46．
[5] 强明辉，李战明，郝晓弘，硅锰炉微机控制装置的研制，甘肃工业大学学报，1996，6，22(2)．58-62．
[6] Benoit Boulet, Gino Lalli and Mark Ajersch, Modeling and Control of an Electric Arc Furnace. Proceedings of American Control Conference, 2003, 4-6.3060-364.
[7] Lang Zi-qiang, Gu Xing-yuma Bao, Yu-ma, Modelling and Identification of Electrode Position Controller in Electric Arc Furnace, International Conference on Control 1991, vol. 1, 434-439
[8] Tseng, K. J. Wang, Y Dynamic, Electric arc model for electronic circuit Simulation, Electronics Letters, 1996, 4, 705-707
[9] 刘小河，王立军，电弧炉电极调节系统的离散时间自适应控制，基础自动化，2001，8，8(4)，47-49，53
[10] 李志宏，杜娟，王延明等，电弧炉电极升降PLC控制系统设计及应用，控制工程，2002，11，9(6)，49-51
[11] Anna Soffia Hauksdottir, Torsten Soderstrom, YngviPall ThorfinnSson, Amar Gestssom, System identification of a three-phase submerged-arc ferrosilicon funaces IEEE transactions on control systems technology, 1995, 12, 3(4), 378-387
[12] Dingli Yu, D.N. Shields, K. Disdell, A simulation study on fault diagnosis of a high temperature furnace using a bilinear observer method, Control Eng. Practice, vol. 4. No12, pp. 1681-1691
[13] Young I1 Kim, Ki Cheol Moon, Byoung Sam Kang, Chonghun Han, Kun Soo Chang, Application of neural network to the supervisory control of a reheating furnace in the steel industry, Control Engineering Practice 6(1998),1009-1014
[14] Soumik Banerjee, Dipankar Sanyal, Swarnendu Sen, Ishwar K. Puri, A motheodology to control direct-fired furnaces, International Journal of Heat and Mass Transfer, 47(2004), 5247-5256
[15] 陈峻岭，罗安，李正国等，智能大功率电弧炉自动控制系统，中国有色金属学报，2002，4，12(2)，393-397
[16] 王庆鹏，郝晓弘，电石生产复合FUZZY-PI控制的研究[J]，甘肃工业大学学报，1998，第24卷(第2期)，54-58
[17] 陆锡才，电渣炉计算机控制配置与任务[J]，工业加热，2003，第1期，49-50
[18] 关新民，于斌，李新勤，电弧炉电极调节系统模糊控制策略的研究[J]，电气传动，2002，第6期，28-31
[19] 李涛，智能自适应控制器在硅锰炉上的应用，控制理论与应用，1996，10，13(5)，626—630．
[20] 刘芙蓉，张丹红，胡荣强，PLC在硅锰炉控制中的应用，控制工程，2002，7，9(4)，46-47，53
[21] 何波，低频矿热炉计算机控制系统及其控制算法研究，西安建筑科技大学硕士论文
[22] 郑忠良，周明伟，许世宁，微机和阻抗监控仪在硅铁电炉上的应用[J]．铁合金，1999，2，37-38
[23] 李蒙姬，张烽．铁合金矿热炉三相熔池功率平衡的控制[J]．铁合金．2003，5，22-23
[24] Anna Soffia Hauksdottir, Arnar Gestsson, Ari Vesteinsson, Current control of a three-phase submerged arc ferrosilicon furnace, Control Engineering Practice, 10(2002),457-463
[25] Cemalettin Kubat, Harun Taskin, Recep Artir, Ayten Yilmaz. Bofy-fuzzy logic control for basic oxygen furnace, Robotics and automonous systems, 49(2004),193-205
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[34] 袁秀英，组态控制技术，第一版，2003，电子工业出版社
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[44] 王沫然，Simulink 4建模及动态仿真[M]，第一版，北京，2002，电子工业出版社，1-3
[45] Silvano Casoria, Gilbert Sybille, Patrice Brunelle, Hysteresis modeling in the MATLAB/Power System Blockset, Mathematics and Computers in Simulation, 63(2003),237-248
[2] 穆国华，电石炉控制系统的应用和研究，西安电子科技大学硕士毕业论文
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