窑炉在工业生产中有着广泛的应用,本文结合先进控制技术,对窑炉生产过程控制系统进行了较深入研究,设计了一套软硬件结合的工业窑炉生产过程智能监控系统。 本文根据水泥回转窑的工艺流程和特点,在监控系统整体设计上采用IPC+PLC+Profibus-DP现场总线的方案,将系统分为现场执行层、中间控制层和系统管理监控层。现场执行层主要完成现场数据的采集,现场仪表和执行机构的控制功能。中间控制层为PLC控制站,主要完成基本的逻辑控制功能及实现特殊控制算法。系统管理与监控层由一台IPC组成,通过与PLC通信来获取生产过程的数据,显示工艺流程、报警画面,实现远程监控。 在系统设计中,窑炉烧成系统作为一个多变量耦合的非线性系统,是控制的难点。通过对其特性进行分析,提出了按照自治、补偿原则,将烧成系统分成温度、风/煤比、负压三个回路进行控制,并在各回路中对主要扰动因素采用前馈补偿,组成前馈——反馈控制系统的方案。同时考虑到窑炉属于大延迟、非线性时变对象,在温度控制回路和风/煤比控制回路中采用了智能控制算法,设计了参数自整定FUZZY—PID控制器和FUZZY自寻优控制器,实现了系统控制方案的优化。 为了提高系统设计的准确性,寻找控制系统的最佳结构和参数,本文采用引入辅助变量的改进最小二乘法对温度控制回路和风/煤比控制回路建立了数学模型,并用MATLAB对建立的模型分别进行了PID控制方法和模糊控制方法的仿真。仿真结果比较表明,改进的设计方案具有较高控制精度和较好的鲁棒性。