热风炉是高炉炼铁的重要组成部分,是高炉炼铁中能源消耗的主要环节。设计一个热风炉系统的合理的控制方案,有利于提高热风炉的运行效率,达到节能减耗的目的。但要真正将先进控制有效的应用于实际过程却面临着很多的困难。出于经济和安全两方面的考虑,本课题建立热风炉的半实物仿真平台,该仿真平台由真实的PLC设备与虚拟的热风炉模型组成,旨在为研究新的控制过程监测方法提供方便的平台。本文主要包含以下几部分内容:(1)建立热风炉模型。首先在仔细分析了热风炉的实际状况的基础上,适当简化了热风炉内的换热过程,并根据气体流动方程、热平衡方程和热传导方程建立方程组,通过数值模拟的方法编写模拟程序,得出了热风炉在加燃烧期和送风期气体温度随时间和空间的变化规律,以及蓄热体内部温度在高度方向上的分布。鉴于机理模型中一些关键物性参数获取困难,模型计算精度与实际生产数据误差较大的情况,进一步采用神经网络方法进行建模,基于热风炉的实际的运行数据,包括煤气流量、空气流量、各管道压力、拱顶温度、烟气温度等,采用BP神经网络,确定了传递函数、训练参数、各层的节点数等,建立了拱顶温度和烟气温度随时间变化的函数,取得了较好的建模精度。(2)设计热风炉半实物仿真平台。热风炉半实物仿真平台由虚拟被控对象、监控系统、过程控制系统三部分组成。其中虚拟被控对象即热风炉模型,由Matlab软件编写程序实现;监控系统可以实时监控和显示整个仿真平台运行时的状态,并能对运行数据存档。过程控制系统是半实物仿真平台中的实物部分,由真实的PLC控制器和操作元件等组成。虚拟对象与监控系统之间,控制系统与监控系统之间分别采用OPC通讯和以太网通讯。(3)热风炉半实物仿真平台仿真研究。针对热风炉对象的特性,设计顶温和废气温度的模糊控制策略,在PLC控制器中编写模糊控制程序,以仿真模型为对象进行控制实验。仿真实验证明,该仿真平台具备了进行面向热风炉对象进行控制方法研究的条件。