开  题  报  告

1、毕业设计（论文）题目的来源，理论或实际应用意义。

近现代炼钢方法主要有转炉炼钢法、平炉炼钢法和电炉炼钢法等。电弧炉炼钢越来越被广泛应用的同时，也逐渐成为最普遍的炼钢方法。

工业上通常所说的电炉炼钢，主要是指电弧炉(Electric Arc Furnace，简称EAF)炼钢，其他类型的电炉如感应电炉、电渣炉等所炼的钢数量较少。交流电弧炉炼钢是采用三相电极和待冶炼炉料(废钢铁)间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化废钢铁、金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金的一种炼钢方法。电弧炉炼钢过程的能量输入主要是通过电极调节系统来完成的，电极调节的效果对电弧炉炼钢过程降低能耗、缩短冶炼时间、提高冶炼效率具有重要意义。

控制电极升降实现控制电极与炉料间的电弧长度，就控制了电弧产生电流的大小，达到控制冶炼功率的目的。通过建立有效的电极调节系统的数学模型，分析交流电弧的非线性特点可以设计出针对性更强、性能更好的电极控制器。电弧炉炼钢过程是一个典型的具有非线性、时变性、随机特征的工业控制过程，因此，电弧炉炼钢的过程控制受到了众多研究者的关注。而电弧炉炼钢过程的控制主要通过电极调节系统来完成输入电功率、降低能耗、缩短冶炼时间等控制目标，同时，电极调节器的调节性能及调节过程对电网电压波动的大小也产生十分重要的影响。

国内对电弧炉炼钢过程控制理论方面的研究虽然起步较晚，但发展很快。在80年代初，顾兴源、毛志忠等人提出了电弧炉电极调节自校正控制方案与辨识方法，文中从提高电极调节快速性这一观点出发，提出了在偏差信号和电压环之间加一个调节器，调节算法采用自校正控制算法，来提高电极调节器的反应速度，达到节约电能的目的。

国外电弧炉过程自动化技术发展比较快，在电弧炉过程控制技术研究及使用方面，美国一直处于领先地位，从首先将计算机引入电弧炉过程控制中到现在开发的智能电弧炉(IAF)，均代表着每一历史时期的最高水平。德国不仅是最早使用电弧炉的国家之一，而且在电弧炉过程控制方面也具有较高的水平。日本虽然在电弧炉过程控制技术研究上是起步较晚的国家，但其发展速度是惊人的。

在60至70年代人们对电弧炉模型知之甚少，只能采用基于线性电弧阻抗的控制策略。80年代以后，Nadira R. (1988)、Gu X.-y.、Bao Y.-a(1987)等人研究了考虑电弧炉主电路非线性作用的自适应控制方法，提出了电极位置控制系统的构成，并讨论了计算机实现技术。90年代以来，美、意、英等西方主要国家纷纷投入大量力量进行电弧炉炼钢过程智能控制的研究。智能电弧炉代表了电弧炉炼钢的发展方向，是目前最先进的技术。

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2、题目主要内容及预期达到的目标。

本次设计是针对电弧炉电极升降控制系统，是一个复杂的工业控制过程，由上位机监控系统、数据采集系统及电动机控制等构成，涉及到电压、电流及电极位置等多个过程信号的检测和电机动作控制，本设计将PLC作为电极升降控制的主控制模块。设计合理的电极升降控制电路，并实现与PLC进行通信，将采集到的电网实时电流和电压信号传送给PLC模拟量接收模块，PLC执行电极控制算法得出的控制信号，向三相变频器发出电极传动机构的动作命令，通过变频器驱动电机，电机通过链条及减速机构带动电极夹持机构上下运动，从而调节出符合炼钢工艺的电弧弧长。

根据总体设计，选择实用可靠的PLC控制器、传感器以及低压电器控制所需要的元器件。以40吨钢电弧炉为背景，设计出的系统应满足实际电弧炉炼钢生产需要，具有可靠性、安全性、实用性。设计内容如下：电弧炉电极控制系统的总体方案设计、硬件设计、软件设计。其中硬件设计部分包括系统工作原理、PLC及传感器等硬件选型、各个部分电路设计。软件设计部分包括组态界面程序、梯形图程序等。

达到的目标：

（1）通过上位机能实时控制现场设备，实现现场数据管理及供电曲线分析等功能，具有手动和自动控制切换功能；

（2）电极控制系统要有快速反应能力，要求电极响应时间小于0.3秒；

（3）保证电弧电流在额定值的30%~150%范围内平滑整定；

（4）电极三相功率不平衡度5%。

3、拟采用哪些方法及手段。

电弧炉电极升降装置的种类很多，设计也各不相同，但基本上都是由四个部分组成：检测单元、主控单元、执行单元、电源。其逻辑关系框图如图1所示。

图1 电弧炉电极升降控制系统的组成

电弧炉电极升降控制系统是一个复杂的工业控制过程，由上位机监控系统、数据采集系统及电动机控制等构成，涉及到电压、电流及电极位置等多个过程信号的检测和电机动作控制，本设计将PLC作为电极升降控制的主控制模块。利用智能综合电量变送器（PDM）进行数据采集，然后把数据送入CPU中处理后进行相应操作。该思路不仅可以提高计算机的处理速度和精度，而且还可以改善电极升降系统的控制精度。根据需要，此控制系统功能有：ABC三相电流、电压、功率因数、有功功率、无功功率显示，视在功率显示，电极手动自动控制设定，通讯部分，数据查询和生成报表等。设计思路如图2：

图2 设计思路

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4、完成题目所需要的实验或实习条件。

在辽宁工业大学电气工程学院实验室以及使用PLC等相关软件完成题目设计并制作实物。

5、完成题目的工作计划等。

第1周  熟悉设计题目，收集、查阅与设计题目相关的书籍、资料；

第2周  实习、调研，总体设计方案；

第3周  总体设计方案最后确定，开题答辩；

第4周  选择PLC型号及扩展单元，确定输入输出点，地址分配；

第5周  选择输入输出设备；

第6周  设计PLC的外部接线图；

第7周  上位机程序设计；

第8周  上位机和PLC通信；

第9周  PLC梯形图程序设计；

第10周 毕业设计中期答辩；

第11周 实物制作；

第12周 调试程序；

第13周 修改程序，调试；

第14周 整体设计修改；

第15周 编写设计说明书；

第16周 论文定稿，完成打印、装订；

第17周 制作幻灯片，准备毕业答辩。

查阅资料、文献目录

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［2］汪晓光，孙晓瑛.可编程控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社，202016

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［4］沈才芳，孙社成，陈建斌等.矿热炉炼钢工艺与设备[M].北京:冶金业出版社，2015.

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指导教师意见：

(对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测)

同意该生开题。

指导教师签字：

2018年3 月 20日

教研室意见：

同意该生开题

教研室主任签字：

2019年3 月 21日