基于西门子 PCS 7的加热炉炉温预测控制-控制理论与控制工程专业论文.docx

基于西门子 PCS7 的加热炉炉温预测控制 Heating Furnace Temperature Predictive Control Based on Siemens PCS7 研究生姓 名：张芳杰 指导教师姓名：崔桂梅 内蒙古科技大学信息工程学院 包头 014010，中国 Candidate： Zhang Fangjie Supervisor： Cui Guimei School of Information and Engineering Inner Mongolia University of Science and Technology Baotou 014010，P.R.CHINA 独 创 性 说 明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得内蒙古科技大学或其他 教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 签名： 日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 （保密的论文在解密后应遵循此规定） 签名： 导师签名： 日期： 内 内蒙古科技大学硕士学位论文 - -I- 摘 要 步进式加热炉是钢铁企业中热轧生产工艺的主要设备之一，其主要任务是为钢坯轧制 工序段提供加热质量满足轧制工艺所要求的钢坯。步进加热炉作为轧制工艺的关键设备， 其控制水平直接影响到钢坯的加热质量，产量和生产成本。步进加热炉是一个复杂的工业 被控对象，具有大惯性、纯滞后、非线性、外界扰动因素多等特点，以往的加热炉采用传 统 PID 控制，Wincc 组态软件进行监控，虽然这种控制方法一直在使用，但是针对加热炉 这些复杂的特点，传统 PID 很难达到良好的控制效果，炉温波动仍然很大，炉温控制不能 趋于平稳。所以针对加热炉的大惯性、纯滞后的特点和目前的控制状况，本文采用基于模 型的预测控制算法模块作为炉温预测控制器对步进式加热炉的炉温进行控制。 本文介绍了步进式加热炉的结构、工艺和控制要求，归纳了步进式炉的控制现状，分 析了步进式加热炉的过程控制系统，并针对存在的问题进行以下几个方面的研究： 第一，针对步进式加热炉控制过程中存在的大惯性和纯滞后的特点，学习了模型预测 控制原理，应用 Matlab 工具箱辨识加热炉的模型参数和燃料的流量控制模型参数，并应用 Matlab 软件对模型预测控制理论进行仿真研究。 第二，对加热炉的温度控制进行传统 PID 控制和 MPC 预测控制进行仿真比较，验证了 MPC 的抗干扰性和设定值的跟随特性。 第三，系统的学习了 SIMATIC PCS7 V7.1 软件，学习 PCS7 中先进过程控制库中的功 能模块和使用方法，有了深层次的消化吸收，并学习了在 PCS7 系统中如何创建工程项目的 方法步骤。 结果表明，对加热炉进行模型预测控制使炉温能够快速跟随给定并达到稳定状态，这 对日后研究加热炉炉温优化工作打下了坚实的基础。 关键词：步进式加热炉；PCS7；温度控制；模型预测控制 - -II- Abstract Step heating furnace is one of the main equipments in hot rolling production process of iron and steel enterprise, its main task is to provide the qualified billets in heating quality for the rolling process, which meet the requirements of rolling technology. Step heating furnace as the key equipment for rolling process, and its control level directly affect the billet heating quality, yield, and the cost of production. Step heating furnace is a complex industrial controlled object with many factors, such as large inertia, pure time-delay, nonlinear, ex