电渣炉控制系统设计及变负载传动系统控制方法研究(硕士论文).pdf

东北大学硕士学位论文摘要
电渣炉控制系统设计及变负载传动系统控制方法研究
摘要
电渣炉是以电渣重熔技术为基础,被广泛应用于冶金领域中的一种精炼设备。电渣
重熔钢锭以其高纯度、组织质密和良好的机械性能而被广泛的应用在各种具有特殊要求
的场合,在电渣炉熔炼过程中,熔炼电流的控制精度是决定产品的关键性因素之一。大
多数控制电流的方法是通过调节电极升降距离和速度实现的,因此电极升降调节控制是
电渣熔炼的一个十分重要的环节。
然而由于电渣炉最大的特点是通过电极自耗而形成新的电渣钢锭,对电极升降传动
系统来说就相当于负载的大范围变化,这将严重影响电流的控制精度甚至可能导致熔炼
过程中断流情况发生,因此必须将传动系统的速度控制在一个合适的范围。本文首先分
析了电渣炉熔炼过程中由于自耗电极的不断熔炼所造成的独特的负载特性,在此基础上
提出了配重可变的节能液压传动系统和滚珠丝杠双电机减速箱智能传动系统两种设计
方案。针对双电机减速箱电极传动系统的多变量、非线性、强时变的特性,本文利用神
经网络的自学习、自组织、自适应、函数逼近和大规模并行处理等能力,以及不要求掌
握被控对象的精确数学模型的特点,将神经网络控制和 PID 控制结合起来,扬长避短,
既具有神经网络的灵活和适应性强的优点,又具有 PID 控制精度高的特点。将这种基于
神经网络的 PID 控制算法应用于电渣重熔过程中的电极传动系统,从而找到了一条有效
控制电极传动系统的方法,通过对此算法的仿真研究,得到了满意的控制效果,为下一
步运用于实际生产打下坚实基础。
本课题结合电渣重熔工业快速发展以及对控制精度要求的日趋精确,以某钢铁有限
公司 8t 交换式电渣炉为背景,设计了一套由上位机和 PLC 组成的二级过程计算机控制
系统。为了保障熔炼的连续性,对下位机控制系统设计了基于西门子 S7-400H 的硬件冗
余配置,采用 Step7 进行软件编程,实现了整个电渣重熔过程的自动控制。在上位机冗
余操作员站中使用 组态软件设计了监控程序,可对现场数据进行实时的采集、
显示、存储和打印,并且提供工艺参数的实时跟踪曲线图。

关键词:电渣炉;电极传动;PID 控制;神经网络;冗余
-II-
东北大学硕士学位论文 Abstract
Design of Control System and Research on Control Method of
Transmission System with Varying Load for Electroslag Furnace
Abstract
Electroslag furnace which is based on the electroslag remelting technique is a kind of
extensive applied smelting-equipment in the province of special metallurgy. Electroslag
Remelting (ESR) ingot with high purity, dense structure and fine machinery performances has
extensively applied to the variously special situation, and the control accuracy of the smelting
current is one of the key factors that decide the product of ESR ingot during the process of
ESR. Most control methods for current are achieved by adjusting the distance and speed of
electrode movement, so the control of electrode movement is very important for ESR.
However, the most characteristics of electroslag furnace are that getting new electroslag
ingot by means of melting consumable electrode, which is equivalent to the load on a wide
range of changes for electrode transmission sy