分类号：____________密 级：______________ ＵＤＣ：____________ 单位代码：______________安徽工业大学硕士学位论文论文题目：加热炉计算机控制系统的设计与实现学 号：_________________________ 作 者：_________________________专 业 名 称：_________________________2010年05月28日电气工程郑 晗安徽工业大学硕士学位论文论文题目：Design and Application of Computer Control Systems forReheating Furnace作 者： 学院： 指 导 教 师： 单位： 协助指导教师： 盛国忠 单位： 中冶华天工程技术有限公司 单位：论文提交日期：2010年 05 月 28日学位授予单位：安 徽 工 业 大 学安徽马鞍山 243002加热炉计算机控制系统的设计与实现 郑 晗 电气信息学院张悍东 安徽工业大学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，也不包含为获得安徽工业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安徽工业大学有关保留、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：____________摘要加热炉是轧钢生产线上的最重要的设备之一，其控制目标是满足开轧所要求的钢坯温度分布，实现钢坯表面最小氧化烧损，达到最少能耗的经济指标目的。
因此，提高加热炉的热效率、降低能耗，对减少冶金工业能耗有积极的意义。
加热炉计算机控制系统主要包括基础自动化控制系统（LEVLEL1）和过程自动化控制系统（LEVEL2），其中LEVEL1控制系统包括燃烧控制系统和顺序控制系统，LEVEL2系统由板坯物料跟踪模型、板坯温度预报模型和通讯三部分构成。
燃烧控制系统主要包括空煤气的双交叉限幅比例控制、炉膛压力控制、热风自动放散控制、热风压力控制和煤气自动切断保护控制，我们通过研究开发了“炉温模糊自动控制器”，从而实现了炉温的快速响应。
顺控系统主要包括装钢机的控制、步进梁控制、出钢机控制以及液压系统的控制。
物料跟踪系统主要是坯料的入炉侧辊道跟踪，炉内跟踪，以及出炉辊道的跟踪。
钢坯温度预报模型主要包括装炉温度计算模型，炉内温度周期计算模型和出炉温度计算模型，本文主要提出了基于分段BP神经网络的钢坯温度预报模型，并进行了离线仿真。
其中通讯主要由LEVLE2系统与LEVEL1系统之间的温度数据采集、装出钢机设定、步进梁设定、坯料的辊道跟踪；与轧线计算机的通讯和与MES系统的通讯等组成，本文详细研究了TCP/IP SOCKET的通讯编程方法。
最后，以板坯生产过程为研究对象，开发了基于SIEMENS S7-400PLC和WINCC软件的基础自动化系统。
在此基础上，结合板坯的物料跟踪模型、钢坯温度预测模型和通讯，实现对各种钢种和厚度板坯的加热质量控制，预测板坯三层温度并传送给轧机，实现加热炉的全自动生产控制。
关键词：加热炉；计算机控制系统；温度控制；模型AbstractReheating furnace is the most important one of the equipment of steel rolling production line, the control objective is to meet the required open-rolled temperature distribution under the premise, achieving economic indicators of the minimum billet surface burning and minimal energy consumption. Therefore, improving furnace thermal efficiency, reduce energy consumption, to reduce industrial energy consumption has a positive meaning.Reheating furnace computer control system including basic automation system (LEVEL1) and process automaiton system(LEVEL2). LEVEL1 control system includes heating control system and sequence control system. LEVEL2 includes slab tracking model, temperature prediction model and communication.Heating control system include double cross limited control of air and gas, hearth pressure control, hot air exhaust control and hot air pressure control and gas automatic cut-off control, development “FUZZY controler”realized fast response of furnace temperature.Sequence system includes charging machine control, walking beam control, discharging machine control and hydraulic system control.Slab tracking system completes roll table tracking of charge side and discharge side, inside furnace tracking.Slab temperature prediction model include charge slab temperature calculation, cycle temperature calculation model of inside furnace and discharging slab temperature calculation model, proposed slab temperature prediction model based on furnace zone BP netural network and carried out off-line simulation.Communication including: temperature data sample, charging machine and discharging machine set, walking beam set, slab tracking between LEVEL2 system and LEVEL1 system, communication with Mill LEVEL2 computer and MES system, detail research communication method of TCP/IP SOCKET.Finally, slab production process as the research object, developed based automation systems based on the SIEMENS S7-400PLC and WINCC. On this basis, combined with slab material tracking model, billet temperature prediction model and communication to achieve a variety of steel grades and thickness of slab heating quality control, forecasting three level temperatures transmitted to mill, realize the furnace automatic production control.Key words：reheating furnace; computer control system; temperature control; model目录加热炉计算机控制系统的设计与实现 (1)摘要 (1)Abstract 2引言 (1)第一章文献综述 (2)1.1 加热炉计算机控制概述 (2)1.1.1 顺序控制系统和物料跟踪 (2)1.1.2 钢坯温度预报模型 (3)1.1.3 炉温优化设定模型 (4)1.2 国内外研究现状及发展趋势 (5)1.3 课题背景 (6)1.4 本论文的研究内容及意义 (7)第二章加热炉工艺流程及结构简介 (8)2.1 加热炉区工艺流程 (8)2.2 加热炉基本尺寸和参数 (8)2.2.1 加热炉基本尺寸 (8)2.2.2 加热炉基本参数 (9)2.3 炉型结构特点 (10)第三章加热炉基础自动化控制系统 (11)3.1 双交叉限幅燃烧控制系统 (12)3.2 炉温模糊控制系统 (13)3.2.1 模糊控制器结构 (13)3.2.2炉温模糊控制器的设计 (14)3.2.3 实际应用及效果 (16)3.3 步进梁速度优化控制 (16)3.3.1 速度曲线控制原理 (16)3.3.2 速度曲线优化控制及分析 (17)3.3.3实际应用 (19)第四章加热炉数学模型的研究与仿真 (20)4.1 数学模型概述 (20)4.2 模型参数的建立 (20)4.2.1沿炉长方向炉温的线性插值 (20)4.2.2比热和热传导系数的线性插值计算 (21)4.3基理温度预报模型 (22)4.3.1 三维导热数学模型 (22)4.3.2 温度预报模型的工程考虑 (23)4.3.3温度预报模型的边界条件 (23)4.3.4模型验证 (24)4.4 分段BP神经网络钢温预测和仿真 (25)4.4.1 三层BP网络结构的建立 (25)4.4.2 神经网络输入输出量的确定 (25)4.4.3 神经网络隐层神经元的确定 (26)4.4.4 隐层及输出层的权值调整 (27)4.4.5 仿真研究 (28)第五章计算机控制系统网络和通讯开发 (30)5.1 网络结构及配置 (30)5.1.1 LEVEL1级网络结构 (30)5.1.2 LEVEL1级硬件配置 (32)5.1.3 LEVEL2级网络结构 (32)5.1.4 LEVEL2级硬件配置 (33)5.2 网络通讯电文内容 (33)5.2.1与MES管理计算机的通信 (33)5.2.2 与轧线过程计算机通信 (34)5.2.3 与基础自动化通信 (34)5.3 LEVEL1级通讯程序的开发 (35)5.3.1 WINCC和PLC以太网通讯开发 (35)5.3.2 PLC和PLC以太网通讯开发 (36)5.4 LEVEL2级TCP/IP通讯程序开发 (36)5.4.1 TCP/IP SOCKET基本概念 (36)5.4.2 客户/服务器模式 (37)5.4.3 TCP/IP套接字系统调用及方法 (38)5.4 通讯网络的具体IP地址和端口规划 (40)第六章加热炉计算机控制系统的应用 (42)6.1 LEVEL1级控制系统开发 (42)6.1.1系统软件 (43)6.1.2 顺控软件开发 (45)6.1.3 燃控软件开发 (47)6.1.4 监控软件介绍 (50)6.1.5 监控软件开发 (52)6.2 LEVEL2级软件功能描述 (55)6.2.1 建立板坯数据信息 (55)6.2.2 板坯温度计算的热工模型 (56)6.2.3 轧制温度反馈控制 (56)6.2.4 主要画面简介 (56)结论 (60)参考文献： (61)附件1：附图清单 (1)附件2：附表清单 (2)在学研究成果 (8)致谢 (9)引言2007年，我国钢产量已经达到4.89亿吨，已是多年保持世界第一产钢大国的地位。