趙光　王玉敏

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高。加熱爐是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要裝置，它的主要功能是把原料加熱到一定溫度，從而保證下道工序的順利進(jìn)行，因此加熱爐的溫度控制起著舉足輕重的作用，直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、能源、污染及工人勞動強(qiáng)度等等。

【關(guān)鍵詞】推進(jìn)式加熱爐；溫度控制；雙交叉限幅控制

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)模越來越大，生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)的可靠性、運(yùn)算能力、擴(kuò)展能力、開放性、操作及監(jiān)控水平等方面要求越來越高。對于加熱爐，工藝介質(zhì)受熱升溫或同時(shí)進(jìn)行氣化，其溫度的高低會直接影響下一道工序的操作工況和產(chǎn)品質(zhì)量。加熱爐的平穩(wěn)操作可以延長爐管的使用壽命，所以，加熱爐出口溫度必須嚴(yán)加控制，保證加熱爐相關(guān)設(shè)備可靠、穩(wěn)定，生產(chǎn)節(jié)奏連續(xù)穩(wěn)定。

1 溫度控制設(shè)計(jì)

爐溫控制：

根據(jù)工藝的要求，加熱由3個(gè)供熱段組成，即均熱段、二加熱段、一加熱段。

對于每段的爐溫控制回路，每段爐頂?shù)?只熱電偶測得溫度值參與爐溫調(diào)節(jié)，操作員可以在HMI上任意選擇。

1.1 改進(jìn)型雙交叉限幅控制方法

相對于串級比值方法，為了對空燃比控制更加精細(xì)，出現(xiàn)了帶有雙交叉限幅的串級比值控制方法，簡稱雙交叉控制方法。優(yōu)點(diǎn)是有效控制了動態(tài)空燃比，但同時(shí)缺點(diǎn)是限幅犧牲了系統(tǒng)跟蹤負(fù)荷變化的速度，降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。控制原理方框圖如下圖所示。為進(jìn)一步提高響應(yīng)速度，改進(jìn)型雙交叉方法還將限幅系數(shù)設(shè)為可以根據(jù)溫度偏差自動修正，以便在溫度偏差較大時(shí)減弱或取消限幅功能，即限幅系數(shù)是動態(tài)的。這樣將大大提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

圖1

1.2 空氣過剩系數(shù)u自動修正策略

根據(jù)燃燒理論，理論空氣過剩率與燒嘴負(fù)荷之間的關(guān)系如下圖所示。也就是說隨著生產(chǎn)負(fù)荷的變化，理論空氣過剩系數(shù)也應(yīng)該隨之變化，這一點(diǎn)在實(shí)施溫度控制時(shí)應(yīng)該考慮到。這種變化的空氣過剩系數(shù)修正策略對提高燃燒效率，降低氧化燒損有好處。另外，在常規(guī)控制的低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，為了保證在小流量情況下，使空氣和煤氣能夠很好的混合燃燒，必須在相應(yīng)的煤氣流量的情況下，適當(dāng)加大空氣的流量，才能保證在小流量情況下的合理燃燒。

1.3 爐溫模糊控制技術(shù)

鑒于溫度對象的大滯后，僅靠常規(guī)PID控制來調(diào)整造成響應(yīng)速度慢，超調(diào)量大。一方面通過供熱需求分析建立燃料的消耗量與生產(chǎn)能力（生產(chǎn)率）之間的基本函數(shù)關(guān)系；另一方面，根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)將加熱爐分為幾種典型工況，制定相應(yīng)的決策規(guī)則。在此基礎(chǔ)上，建立爐溫模糊控制器。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，模糊控制器采用前饋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。這樣既保證了根據(jù)生產(chǎn)情況，模糊決策對流量控制的作用，又兼顧了PID的控制作用。實(shí)際上，生產(chǎn)比較平穩(wěn)時(shí)，爐溫模糊控制器輸出基本沒有變化，主要是PID起作用；當(dāng)生產(chǎn)率變化時(shí)，往往是在溫度發(fā)生波動前，模糊控制器會超前PID起作用，而且直接作用流量改變。這種控制技術(shù)可以起到提前修正作用，從而提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

圖2

1.4 回路基本報(bào)警、連鎖等功能

超溫報(bào)警功能：當(dāng)相應(yīng)段的溫度超過允許值，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號；

熱電偶斷偶保護(hù)、報(bào)警功能：當(dāng)任何一只熱電偶被燒壞，本回路立即切換到手動模式，同時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號；

溫度調(diào)節(jié)器輸出限幅功能：根據(jù)最大加熱速率對溫度調(diào)節(jié)器輸出限幅，防止鋼坯過熱。

1.5 設(shè)定值選擇

本地方式：

當(dāng)HMI選擇本地方式設(shè)定時(shí)，爐溫設(shè)定值由操作員根據(jù)實(shí)際情況來決定或從常用鋼種參數(shù)數(shù)據(jù)庫中選擇。當(dāng)從數(shù)據(jù)庫中選擇時(shí)，各段設(shè)定值同時(shí)被更新。

1.6 空燃比設(shè)定選擇

（1）人工設(shè)定：在HMI上由操作員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接輸入合適的空燃比值；

（2）空氣過剩系數(shù)自適應(yīng)：操作員只需給定理論空燃比，系統(tǒng)將根據(jù)負(fù)荷情況自動計(jì)算過剩系數(shù)，求出空燃比。

1.7 溫度控制器工作模式

為方便操作，溫度控制器設(shè)計(jì)手動（MAN）、本地自動（AUTO）2種控制模式。

（1）手動模式（MAN）：在手動模式下，空氣流量和煤氣流量的調(diào)節(jié)閥工作在手動方式。由操作員在HMI上直接改變閥門的開度。

（2）本地自動模式（AUTO）：本地自動就是并聯(lián)串級、交叉限幅工作模式。也是在坯料加熱時(shí)，控制系統(tǒng)經(jīng)常使用的方式。流量調(diào)節(jié)回路、溫度調(diào)節(jié)回路都工作在閉環(huán)狀態(tài)。操作員只需要在HMI上輸入相應(yīng)供熱段的爐膛目標(biāo)溫度值給控制系統(tǒng)，則系統(tǒng)就會自動、成比例的調(diào)節(jié)相應(yīng)供熱段的空煤氣流量，從而，保證爐溫的控制精度。

2 操作站畫面設(shè)置

采集全廠的工藝參數(shù)值，電氣參數(shù)值及生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息。以形象的流程畫面為背景，將數(shù)據(jù)顯示在控制室操作站上，對需要操作的設(shè)備和參數(shù)，設(shè)計(jì)按鈕和輸入窗口，用鼠標(biāo)、鍵盤或觸屏方式進(jìn)行操作。

檢測或運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備出現(xiàn)越限或故障時(shí)，流程圖上相應(yīng)的圖例紅光閃動，并發(fā)出報(bào)警聲響加以提示。報(bào)警的笛聲可以通過鍵盤解除，紅光繼續(xù)保持，直至該故障消除，閃動才停止。

畫面間設(shè)計(jì)同一風(fēng)格的菜單、按鈕、箭頭等人機(jī)接口器件用于畫面間的相互切換或彈出窗口，十分方便、直觀。

3 結(jié)束語

本方案是指對加熱爐的平穩(wěn)操作并可以延長爐管的使用壽命而設(shè)計(jì)的。在串級控制基礎(chǔ)上，引入生產(chǎn)率前饋控制，可以（下轉(zhuǎn)第292頁）（上接第113頁）構(gòu)成靜態(tài)前饋控制或動態(tài)前饋控制，煤氣流量能快速根據(jù)溫度變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，從而保證調(diào)節(jié)平穩(wěn)。通過現(xiàn)場調(diào)試可以看出該方案不僅效果不錯，而且實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，操作方便，對于長期穩(wěn)定運(yùn)行有一定的優(yōu)勢。

[責(zé)任編輯：薛俊歌]