北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——计算机控制技术
北京化工大学北方学院毕业论文
论文题目：
计算机控制技术在钢铁厂中的应用
所在院系：
信息院
所在专业：
自动化
班
级：
自动化
姓
名：
2012年
05月
11日
北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——计算机控制技术
计算机控制技术在钢铁工业中的应用
前言
随着科学技术的迅猛发展,近几年来中国工业得到了高速发展,其中作为“工业脊梁”的钢铁工业更是发展迅速。计算机控制系统在中国钢铁工业的发展中起到了至关重要的作用，它作用于钢铁生产工厂中的炼焦过程控制，电力供应控制，炉温控制，钢材尺寸控制，生产自动化等各方面，降低了损耗并提高了生产效率，产出的钢铁品质更高市场竞争能力更强。
电炉在冶炼过程中，将产生大量的烟尘，造成严重的空气污染。为了保护生产环境和生态资源，对铁电炉的烟气进行治理，从废物资源的综合利用上看亦是十分有利的， 既有环境效益和社会效益，又有明显的经济效益。
本设计取材于某企业电炉烟气净化项目工程实例，并截取部分功能（上位控制部分）。
参考文献
1马东 《带钢热连轧AGC自动厚度控制的应用与研究》 东北大学，2003 在轧钢企业当中,要着重解决由于厚度、宽度偏差,板形不良等问题.目前,板带材的厚度控制主要是指热连轧机组的厚度自动控制(AGC),实现AGC的整个控制系统分为三级，根据本钢热连轧厂轧机的实际运转情况,对厚度自动控制(AGC)的应用实际进行分析,并指出其影响因素,阐述了如何保证并提高AGC的功能使用和控制精度.热连轧机的厚度自动控制及其控制的数学模型的研究,是一项具有很强实际意义和工程使用价值的工作.它可以作为指导维护使用、优化革新轧机厚度控制系统的理论依据,达到板厚的有效控制,获得良好的厚度精度,较高的板坯成材率的目的.北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——计算机控制技术
2李岩 《钢冷轧厂制造执行系统》 大连理工大学，2008 制造执行系统(MES)作为企业上层事务处理(如ERP等)和底层工业设备控制系统(如DCS等)之间的中间桥梁，在生产计划的优化调度组织、生产过程的控制与改进、下达指令与收集实时生产数据、实现车间生产敏捷化等方面起着越来越重要的作用，该文对目前国内制造执行系统设计和应用进行研究分析的基础上，认真梳理了本钢二冷轧厂的生产工艺特性以及业务流程，针对制造执行系统中所涉及的面向对象的分析与设计，B/S三层架构，数据库关键技术进行了深入研究，并开发了本钢冷轧厂制造执行系统。
3董建伟 《坯连铸控制系统设计及控制参数优化研究》重庆大学，2007 热处理炉生产过程中一直是由人工操作来完成炉内燃烧控制，常使炉内温度动态响应和稳定性较差，不但影响产品质量，也不利于高精产品的开发，而且由于人工操作会造成空＼燃配比不当，炉内燃烧不完全，极大地浪费能源。该论文以杭州亚通特钢有限公司小方坯连铸控制系统为研究对象，分析原控制系统存在的问题，主要包括原系统无上位机监控界面、二冷水控制方式和模式落后、切割系统控制不当、模板预留量不够等问题。根据控制系统设计的基本要求和实际的需要重新配置新的控制系统。
4汤梅《热处理炉自动控制系统》 重庆大学，2007 论文针对重庆三钢公司热处理炉，提出自动化控制改造方案，构建了热处理炉自动控制系统，包括可靠的计算机系统、输入输出智能模块及Windows2000、全中文工控组态软件、现场检测及调节仪表；同时在控制过程中采用合理的空燃比，使其充分燃烧，既能达到最佳的加热质量，又能达到节能降耗目的。并重点分析设计了如何解除热处理炉温度的滞后性问题。
5丁杨 《铁厂供配电的特点和综合自动化系统的设计与实现》 安徽大学，2006 该文以宝钢三热轧带钢工程供配电综合自动化的工程实例为例，详细描述了钢铁厂供配电综合自动化系统的组成、设计功能及设计原理。 本系统由两大部分组成，设置监控层后台监控系统和间隔层保护、测量、控制装置, 详细分析了钢铁厂供配电系统的特点，以及其与电力系统的不同点，并以此为根据提出了供配电综合自动化系统的基础功能要求，在工程实例的中特别论述了其相应的特点和特殊需求在设计中是如何实现的。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——计算机控制技术
6张君霞 《高炉上料控制系统的研究》 西南交通大学，2007 上料控制PLC和设置在槽下操作室的工控机组以及现场设备通过Profibus现场总线组成高炉上料控制系统，并与高炉其它控制系统通过工业以太网组成高炉自动控制系统。该控制系统克服了传统的继电控制系统的不足之处，使控制更精确，工作效率更高，可靠性更好，故障率更低，从而使高炉生产的技术层次和经济指标大幅提高。
7周志建 《滚切式双边剪夹送辊的同步控制系统研究及实现》 中南大学, 2006 论文针对钢铁厂板材精整线上的关键设备——滚切式双边剪，研制出一种通用的基于多电机同步控制理论的全数字式夹送辊同步控制系统，实现对夹送辊的实时同步驱动控制，提高系统的可靠性和板材的剪切质量。同时，这种基于现场总线和电流同步的全数字式同步控制系统对双边剪之类的控制对象具有通用性，对旧双边剪机组控制系统的改造具有启发作用。
8樊海峰 《基于平整钢铁制造的工业控制系统的研究与应用》上海交通大学，2005 论文介绍了整个工业控制系统在当今社会的现状，分别介绍了在三电一体化和嵌入式系统，以PC 为基础的分布式控制系统和现场总线，先进控制和智能控制技术的应用这几个方面的实际情况和发展前景，并着重说明了PC 为基础的分布式控制系统和现场总线的支持集成和开放的实际使用价值。
9梁丽中 《酸洗生产线中闪光焊机控制系统研究》 河北工业大学，2008 该文从消化吸收国外先进闪光焊机入手，分析了闪光焊接参数的选择，针对闪光焊接中的技术难点，详细分析了闪光焊机的主电路控制单元，液压控制系统和焊机速度送进系统。 在文章的最后，还对闪光顶锻过程进行了控制优化，并进行了仿真研究。仿真结果表明：闪光阶段的控制优化方案能显著提高送进速度的跟踪特性；顶端阶段的控制优化方案具有更快的动态响应速度和更好的稳态性能，且超调小、控制精度高。
10王罡 《马钢机制公司生产计划计算机管理系统开发研究》 同济大学，1996 该文综述了多品种小批量生产型企业的生产计划方法.结合软件工程理论,按照管理信息系统的开发方法,进行了马钢机制公司\"生产计划计算机管理系统\"的开发工作.北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——计算机控制技术
首先,在分析实际需求的基础上,建立了系统总体信息流的结构.然后,论证了系统的硬、软件配置,同时,进行了系统分析,建立了系统的数据流程图.其次,设计了系统的软件模块结构,给出了相应说明.再次,介绍了编程、调试与现场投运的有关情况.最后,总结了项目开发的成就及存在的问题.现场投运表明,该文所完成的系统开发工作是有效可行的.11 董志奎，戚向东，岳晓丽，连家创，张文志《Proceedings of the 29th Chinese Control Conference》 INDUSTRIAL CONTROL COMPUTER，2008年21期
主要介绍了1780热连轧机板形控制系统的设计及应用和780热连轧生产线生产的钢种、规格、主要工艺设备、技术参数和采用的先进技术.着重介绍了热负荷试车过程中通板钢种和规格的选择、通板主要技术参数的确定、通板方案的确定、产品规格扩展和最终产品质量验收等方面的经验
12公维娥，张新宁，徐舟《Application of Computer Control in Steel Sintering Formula》
主要介绍了烧结自动配料计算机控制系统的三电一体化设计思路和设计特点,主要包括仪控设计、计算机控制系统设、电控设计以及控制功能的实现，对系统在使用过程进行了分析,并介绍了相应的改进措施.改进后的系统在生产中取得了较好的效果,产品指标得到了显著的提高。
13李军，刘桂萍，田海《Automatic Control System to Sintering\'s Compound》 Industrial Control Computer，2011年24期
主要介绍了张店钢铁厂新区烧结自动配料计算机控制系统,主要包括电气控制设计原理、系统的软件配置与组态以及控制功能的实现。
14 吴家凤《ON SOME TECHNICAL PARAMETERS OF COKE CALCINATION ROTARY KILN AND DESIGN CONCEPTION OF CONE ROTARY KILN》CARBON TECHNIQUES，2012年1期
通过对焦炭煅烧回转窑的一些设计和运行参数的讨论,论述了锥形回转窑的设计及其使用的可行性和优越性。
15R.Gillingham 《 Challenges presented to BOF operating department 北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——计算机控制技术
during startup of window-based control system》 Iron & Steelmaker，1996年23期
在生产及管理上除了要求它给初轧机加热出适于轧制的温度均匀的钢锭之外，还要求它在保证烧钢质量的前提下，稳定烧钢工艺，降低煤气和耐火材料消耗，把炼钢厂断续送来的钢锭变成均衡的钢锭流，按轧制拍节提供初轧机。
技术指标
1、进行系统主电路的设计和控制电路的设计。
2、主设备的选择和具体型号的确定、电器元器件选型以及具体型号的确定, 各类导线的选择及布线的设计。
3、进行可靠性、安全性和可行性分析，编制线号。
4、电气线路必要的安全保护。
5、两台315KW风机,10台3.5KW除尘电机，一台22KW罗茨风机和1台同功率的加密风机，27个卸灰阀、1个烟道反吸阀1个混风阀构成。另外，还有大量的现场传感器信号，各部分由设在电气控制室的PLC集中控制。
一级机的主要任务是根据二级机设定的参数完成轧制过程的控制、数据采集等功能，主要由17台MAC柜、16台I/O柜、操作员站、工程师站组成。根据控制对象的不同，MACDS控制器分为3种：3台顺序控制器(SR
21、SR30和SR31)，7台过程控制器(PR0
1、PR02和PR11～PR15)和7台主传动控制器(MR40～MR46)。各控制器的功能见图1。工程师站和操作员站用于轧制过程的状态监视、人工干预和系统的开发维护。
过程控制机采用2台DEC公司的VAX-4105A计算机，它们互为热备份，通过以太网将2台VAX机和二级机的其它设备连接在一起，用WestnetⅡ高速数据通道实现和一级机之间的通信。它主要完成以下功能：原始数据输入和管理；对待轧、正轧、已轧的钢卷进行跟踪；轧制过程数据的收集和处理；数学模型预设定计算；轧制过程的自学习；操作、维护画面的显示；各种工程报表、质量报表和生产报表的生成和打印。
由于一级机和二级机中所使用的数据格式不同，因此，每隔0.1s，I/O监视器将这些一级原始数据传送到二级机MillI/O内存缓冲区时，要进行工程单位转换，以备二级应用程序使用。数据传送和转换完后，I/O监视器触发轧机事件监控，特殊数据收集和其它数据收集，以存取MillI/O内存缓冲区中新刷新的数据，这种触发北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——计算机控制技术
方式能够有效地防止数据滞后，使得应用程序同MillI/O中的数据保持一致。轧机事件监控子系统(MEM)监控从一级来的信号(例如机架校正完毕，钢卷甩尾完成等)，MEM给事件监视动作分配器(EMAD)送出一个表示事件被检测到的进程内部信息。
对于它接收的每个事件，EMAD给一个或多个应用程序送出进程内部信息请求它们执行相应的动作，应用程序响应该事件将返回一个信息给EMAD表示动作完成，EMAD可能接着给其它应用程序送出进一步的动作请求，如此建立基于一个初始事件的动作链。
应用程序使用的过程数据存储在几个数据库中，3个主要的数据库由数据库服务器子系统(见图2的右上角)来维护，所有要从数据库中请求数据的应用程序给相应的服务器送出一个进程内部信息，以请求所希望的数据。服务器将给正在等待的应用程序送一个包含被请求的数据在内的进程内部信息，如果一个应用程序要从几个数据库中请求数据的话，将重复“发送－等待－接收”序列。
如果服务器不能给应用程序返回所请求的数据，就产生一个错误信息，应用程序给报警子系统(见图2右下角)送一个进程内部信息，表示产生一个错误。
当系统在线的时候，Failover故障切换子系统通过以太网周期地将所选择的数据库和内存缓冲区数据传送到后备计算机中，使得2台计算机的计算环境完全一样。当在线计算机出现故障时，备份计算机立即投入运行，保证整个控制系统不受影响。
当二级机没有同一级机通信，并且没有控制轧钢时，软件训练子系统模拟大多数一级机的信号，使得二级应用程序能够运行，以用于测试和演示的目的。
由此可见，冷轧过程控制机的软件以事件监视动作分配器EMAD为核心，由EMAD启动各个模块，完成相应的动作。
冷轧数学模型是整个控制系统的核心，模型设定的精度决定了控制系统的控制精度。它根据热轧来料状况和冷轧目标厚度要求，计算出穿带期间和稳态轧制期间所需要的各种参数，通过网络传送到一级机，一级机根据这些设定值，控制和调节轧制过程中的厚度、速度和张力等参数。
稳态设定计算的目标为：在不超出轧机设备限制条件，满足用户所要求的轧制规范，保证冷轧成品出口厚度的前提下，给出各机架马达负荷均衡分布状态下的最大轧件秒流量，并通过自适应学习的修正，尽可能地计算出轧制控制参数。
穿带计算的任务是给出最佳穿带辊缝，从而达到穿带顺利，过渡状态平稳和头部超差长度尽可能小的目的。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——计算机控制技术
数学模型根据原始数据、轧制规范、轧机状态数据、自学习因子等参数，经过复杂的计算，得出本卷的轧制规程数据，经过整理下装到一级机。钢卷轧制时，开始收集轧制数据，甩尾时计算自学习因子，以便用于轧制处于同一变形参数组的下一块钢卷。数学模型计算的原理如图3所示。冷轧模型由4个部分组成：规程计算；预设定给定；数据收集；自学习。
总结
随着科技的发展，钢铁工业已经进入自动化智能化时代，然而我国的钢铁工业自动化智能化还相对落后，在钢铁工业中需加大对计算机控制系统研究的投入。钢铁工业生产过程进行计算机控制是提高产品质量、降低成本、减少环境污染的必由之路，计算机控制系统已成为生产设备及过程控制等重要的组成部分，它代替人的思维成为钢铁工业设备及工艺过程控制、产品质量控制的指挥和监督中心。钢铁工业生产过程的计算机控制系统，随着计算机的进步、工业生产工艺过程控制要求的提高和生产管理的完善而不断发展。
北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——计算机控制技术
