加熱爐PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選題背景及意義

3加熱爐PLC掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)選題背景及意義(一)選題背景及意義隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)展,能源短缺已成為制約我國工業(yè)進(jìn)展的重要阻礙,社加熱后的金屬能夠在有效軋制前提下,降低加熱爐的能耗,始終是冶金工業(yè)掌握技術(shù)爭論的主要方向。近年來由于各企業(yè)重視節(jié)源效益,對加熱爐生產(chǎn)工藝的不斷完善和優(yōu)化,加熱爐生產(chǎn)自動(dòng)化掌握水平也相應(yīng)提高和不斷深入。目前面對節(jié)統(tǒng)有其巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、環(huán)保意義。何使其在各種工況下特別是在熱負(fù)荷變化的動(dòng)態(tài)過程中保持最正確節(jié)能燃燒的問題。另外從整個(gè)軋制生產(chǎn)線來看,加熱爐是局部環(huán)節(jié),其主要任務(wù)是加熱鋼坯,使標(biāo)的因素較多,在眾多因素中加熱爐溫度制度起著打算性的作用[1]。我國的加熱爐大局部是,表盤顯示的水平,軟件操作不易為一般工人所把握。為轉(zhuǎn)變這種落后狀況,有[2]70主要集中在鋼坯的升溫過程的數(shù)學(xué)模型、爐溫優(yōu)化設(shè)定以及燃燒掌握,近年來智能掌握技術(shù)正逐步被應(yīng)用到加熱爐爐溫掌握中。國外,多數(shù)帶鋼熱連軋加熱爐掌握系統(tǒng)己經(jīng)承受了高智能型的專家系統(tǒng),模糊控BethlehemDCSPLC這個(gè)掌握水平,因而為了參與國際競爭,贏得產(chǎn)品盛譽(yù),就必需對加熱爐掌握系統(tǒng)進(jìn)展換代或改造。對加熱爐掌握系統(tǒng)的改造,國內(nèi)存在兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為要大力提高自動(dòng)化局部的掌握水平,承受高智能型的集中掌握(或集散掌握,甚至智能模糊掌握等。目前,一些大型企業(yè)比較傾向于此,但硬件投資也比較高,往往占50％左右,而且要相當(dāng)一批專業(yè)人員來完成;另一種為LCA(LowCostAutomation用性,LCA先選擇[1]有鋼鐵企業(yè)較重視科技在生產(chǎn)中的主導(dǎo)地位,在帶鋼連軋加熱爐改造中投入的力氣較大,己成為我國鋼鐵行業(yè)領(lǐng)頭羊。加熱爐掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)加熱爐工藝熱爐加熱是一個(gè)典型的簡單工業(yè)過程掌握系統(tǒng),它具有簡單系統(tǒng)的諸多特征。如：建模困難、干擾嚴(yán)峻、多變量、時(shí)變、非線性、耦合大慣性兼滯后等特點(diǎn)。因此加熱爐始終是工業(yè)自動(dòng)化爭論的主要課題[1]。通常冶金加熱爐燃料承受氣體燃料。氣體燃料即各種煤氣和自然氣。在各種燃料中,氣體燃料的燃燒最簡潔掌握,燃燒效率也最高,是最受歡送的一種燃料。任何一種氣體燃料的燃燒,都要經(jīng)受三個(gè)階段：即燃料與空氣的混合、混合氣體的活化和混合氣體的燃燒。所以,如何解決這三個(gè)問題也是加熱爐工藝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[4]。加熱爐傳統(tǒng)的掌握方法是掌握爐溫,由調(diào)整器和執(zhí)行器自動(dòng)調(diào)整,再配以空燃比,煙道殘氧量以及燃料流量與助燃空氣流量的穿插限幅掌握等關(guān)心掌握方法以過度燒損,從而降低了加熱質(zhì)量,反而導(dǎo)致產(chǎn)品成材率下降,能耗增加。2.1燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)加熱爐燃燒掌握由多局部組成：爐溫掌握、燃料流量掌握、二者比值掌握、爐壓掌握[3]。燃燒掌握主要由溫度流量串級并列掌握回路和雙穿插限幅器組成。由于燃燒掌握是系統(tǒng)的執(zhí)行層,它不僅要快速穩(wěn)定準(zhǔn)確地隨動(dòng)溫度數(shù)模的系統(tǒng)承受溫度流量串級雙穿插雙向限幅掌握。以溫度環(huán)作為外環(huán),空氣流量環(huán)和燃料流量環(huán)作為內(nèi)環(huán)來設(shè)計(jì)[4]。用溫度環(huán)調(diào)整器的輸出分別作為空氣流量環(huán)和燃料流量環(huán)的給定值與各環(huán)反響值進(jìn)展比較,再通過限幅器對空氣流量環(huán)和燃料2.2:其中符號意義如下:H-高值選擇 L-低值選擇TIC-溫度調(diào)整器FIC-流量調(diào)整器 LMT-流量上下限幅DFA-安全柵HC-手操器 β-空燃比(k1-k4)-燃料空氣設(shè)定值限幅系數(shù)燃燒掌握由溫流串級并列雙穿插雙向限幅型掌握回路,爐壓,熱風(fēng)等附屬參數(shù)掌握,生產(chǎn)過程的安全報(bào)警與事故處理等幾個(gè)主要局部組成。燃燒掌握承受雙穿插雙向限幅結(jié)合溫度-流量串級構(gòu)造,這一算法的主要優(yōu)點(diǎn)是它彌補(bǔ)了無穿插無限幅一般串級系統(tǒng)缺點(diǎn),即很難保證動(dòng)態(tài)時(shí)的空燃比掌握精度,只能保證靜態(tài)的空燃比掌握。由于現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行的加熱爐大局部時(shí)間都處于空氣設(shè)定值的限制動(dòng)態(tài)過程可能比一般的串級系統(tǒng)稍慢,但只要適宜的選取K1－K4K1－K4了燃料－空氣工作帶隙的寬度和位置,這兩個(gè)帶隙所在區(qū)域的空燃比就是β由于雙向雙穿插限幅帶隙寬度不變,不會(huì)消滅一般的串級并列設(shè)定值那樣大起度變小 ,動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢,但是動(dòng)態(tài)空燃比精度提高。這就需要依據(jù)現(xiàn)場的具體狀況酌情把握。2.3雙穿插限幅燃燒掌握框圖爐壓掌握設(shè)計(jì)肯定的壓力變化范圍內(nèi)進(jìn)展,這就需要測量或掌握壓力,以保證工藝過程的正常通過測量壓力或壓差可以間接測量其它物理量,如：溫度、流量等。壓力是生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)之一。爐膛壓力是實(shí)現(xiàn)加熱爐自動(dòng)掌握的一個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)爐膛壓力過高時(shí),火煙就會(huì)從入〔出〕料口處大量冒出。不僅使大量有效熱量散失,增加爐子的燃料消耗,而且也簡潔燒壞爐子的鋼構(gòu)造和爐墻鋼板,降低爐子的使用壽命。同時(shí),爐壓過大引起的冒火還會(huì)導(dǎo)致勞動(dòng)環(huán)境的惡化。當(dāng)爐膛壓力過低時(shí),會(huì)吸入大量的冷風(fēng),不但增加爐子的熱耗還會(huì)增加鋼坯的氧化燒損,甚至引起燒鋼。因此,必需對爐膛壓力進(jìn)展有效掌握。在加熱爐最正確燃燒掌握系統(tǒng)的根底上,爐膛壓力掌握可以通過掌握煙道閘門的開啟度或引風(fēng)機(jī)調(diào)速來實(shí)現(xiàn),而爐溫對煙道閘門開度的變化格外敏感,假設(shè)通過傳統(tǒng)的PID么頻繁的煙道閘門開度變化必定會(huì)帶來爐溫的波動(dòng),這在軋鋼工藝中是要盡量避開的,會(huì)導(dǎo)致軋出的鋼材品質(zhì)降低。另外,爐膛壓力掌握系統(tǒng)為一大時(shí)滯系統(tǒng),掌握頻繁變化成為爐壓掌握的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。爐子運(yùn)行時(shí)爐壓是個(gè)重要的參數(shù),它的好壞直接關(guān)系到能源的充分利用,而這樣熱負(fù)荷起伏變化較大。假設(shè)以爐壓檢測值為反響量閉環(huán)掌握煙道閘板的開度或引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)整爐壓會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作頻繁磨損快效果也不抱負(fù),這樣爐壓干脆承受開環(huán)隨動(dòng)掌握法。即以主燃料量為依據(jù)掌握爐壓閥的開度或者引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,有時(shí)也稱爐壓前饋掌握。其算法為:LMN-實(shí)際閥位LMN0-初始閥位K-前饋系數(shù)Fg-單爐燃料總管流量F0-臨界流量溫度檢測設(shè)計(jì)對于一個(gè)加熱爐來說,最重要的指標(biāo)參數(shù)就是溫度。因此,溫度檢測的過程是熱點(diǎn)的檢測。本設(shè)計(jì)加熱爐爐溫掌握承受雙向限幅掌握方式,即依據(jù)給定的空燃比,合理的同時(shí)調(diào)整空氣流量和燃料流量,以保證在爐溫調(diào)整過程中,燃料和空氣都到達(dá)最正確配比。這樣既可節(jié)約能源,又可防止環(huán)境污染。E、K、S等,其中E為低溫?zé)犭娕?K為中溫?zé)犭娕?S為高溫?zé)犭娕糩5]。對軋鋼加熱爐來講預(yù)熱段、加熱段、均熱段溫度工作點(diǎn)都在1200℃左右,所以這里均用S4～20mA.DC變送器輸出電流成正比的反響電壓,反響至放大器的輸入端,以保證輸入的毫伏信號與輸出電流之間為線性關(guān)系[7]。流量檢測掌握設(shè)計(jì)流量檢測的主要過程如下：f變送器。將流量轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)電流信號4～20mA,經(jīng)過安全柵的安全過濾、信號隔放大信號后送給調(diào)整閥。這樣,就通過檢測流量完成了系統(tǒng)閉環(huán)反響掌握。流量2.4：2.4流量檢測掌握原理圖溫度掌握器的輸出經(jīng)過雙穿插限幅器作為空氣和燃料流量掌握器的設(shè)定值,依據(jù)雙穿插限幅掌握理論進(jìn)展燃料和空氣流量的調(diào)整。在通常的燃燒掌握系統(tǒng)中,采用串級并列調(diào)整系統(tǒng)。溫度調(diào)整器的輸出直接作為燃料流量調(diào)整掌握器的給定,然后燃料流量設(shè)定值乘以空燃比作為空氣流量調(diào)整掌握器的給定。在穩(wěn)態(tài)時(shí),空這種常規(guī)系統(tǒng)就無法保證空氣量的準(zhǔn)確變化。然而,承受雙穿插限幅掌握方