楊利風(fēng)

（承德釩鈦新材料有限公司  工程公司）

摘要：本系統(tǒng)控制理論先進(jìn)，數(shù)學(xué)模型巧妙，計(jì)算機(jī)、PLC軟硬件穩(wěn)定可靠，測(cè)量、執(zhí)行設(shè)備運(yùn)行精確，可實(shí)現(xiàn)爐溫自動(dòng)控制，蓄熱自動(dòng)控制，爐膛壓力自動(dòng)控制，安全保護(hù)連鎖控制。蓄熱式加熱爐的控制方法的基本原理是對(duì)加熱爐的溫度采用雙交叉限幅串聯(lián)PID控制，對(duì)加熱爐的關(guān)鍵部件蓄熱器采用定時(shí)定溫?fù)Q向法控制。能使?fàn)t內(nèi)溫度穩(wěn)定，蓄熱效果明顯，既能節(jié)能降耗又提高產(chǎn)品質(zhì)量。一般加熱爐身產(chǎn)效率低，主要表現(xiàn)在：產(chǎn)出鋼坯受熱不均，影響軋出產(chǎn)品質(zhì)量，爐中燃料時(shí)而不足，時(shí)而過(guò)剩，浪費(fèi)燃料、污染環(huán)境，造成鋼坯過(guò)度氧化。為了充分發(fā)揮蓄熱式加熱爐的優(yōu)點(diǎn)，配套PLC采用雙交叉限幅并聯(lián)串級(jí)PID和燃燒換向的控制方法。

關(guān)鍵字：雙交叉限幅；PID  

1  工藝流程

鋼坯循序漸進(jìn)地、均勻地加熱所要求的溫度，才能送到軋鋼工序去軋制。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，對(duì)鋼坯分三個(gè)溫度段進(jìn)行加熱，結(jié)構(gòu)上加熱爐分三段。鋼坯第一步進(jìn)入加熱一段進(jìn)行預(yù)熱；達(dá)到一定溫度后，到加熱二段繼續(xù)升溫，在加熱二段達(dá)到要求溫度進(jìn)入加熱三段（均熱段），均熱段溫度略低于加熱二段，以便鋼坯整體溫度均勻。該加熱爐采用雙交叉限幅并聯(lián)副串級(jí)控制的方法控制三個(gè)加熱段的溫度，雖然算法相對(duì)復(fù)雜，但控制效果好。

上圖分為三段：加熱一段、加熱二段、均熱段。

加熱爐控制系統(tǒng)由控制計(jì)算機(jī)、PLC、執(zhí)行器、傳感器組成。控制器采用工控機(jī)控制、WINCC組態(tài)軟件，以冗余1：2的配置方式對(duì)加熱爐進(jìn)行監(jiān)控。PLC與計(jì)算機(jī)之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)通信，可編程控制器采用西門(mén)子公司S7-400（CPU416），其中包括AI、AO、DI、DO以及分布式ET200M，下列是網(wǎng)絡(luò)圖。

執(zhí)行器為帶有定位器的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器采用西門(mén)子MM440控制鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)、高溫檢測(cè)傳感器（測(cè)爐溫）采用S型熱電偶、中低溫檢測(cè)傳感器（測(cè)爐溫）采用RTD熱電阻、流量測(cè)量采用壓力變送器。

軟件編程采用西門(mén)子STEP7進(jìn)行編程，程序?qū)崿F(xiàn)功能有：煤氣調(diào)節(jié)閥的控制、加熱一、二、均熱段的爐溫控制、排煙溫度控制、煤氣快切閥控制、和定時(shí)定溫加熱一段、二段、均熱段換向控制。在這里最主要介紹的是爐溫自動(dòng)控制

2  爐溫自動(dòng)控制基本原理

以爐膛溫度調(diào)節(jié)器作為主調(diào)節(jié)、煤氣和空氣調(diào)節(jié)器作為副調(diào)節(jié)，煤氣流量調(diào)節(jié)和空氣流量調(diào)節(jié)并聯(lián)再與爐膛溫度調(diào)節(jié)組成串級(jí)調(diào)節(jié)回路。在溫度調(diào)節(jié)器的輸出端加高、低限幅器。防止系統(tǒng)超調(diào)等不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生。溫度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)輸出，經(jīng)過(guò)處理后分別作為煤氣流量調(diào)節(jié)器和空氣流量調(diào)節(jié)器的流量設(shè)定值。即將空氣流量的實(shí)測(cè)值與空燃比1/β相乘，再乘以高低選限幅系數(shù)（1±K），作為煤氣流量設(shè)定值的允許范圍，調(diào)節(jié)煤氣流量；將煤氣流量的實(shí)測(cè)值與空燃比β相乘，再乘以高低選限幅系數(shù)（1±K），作為空氣流量設(shè)定值的允許范圍，調(diào)節(jié)空氣流量。采用這種方法，既保證了空氣和煤氣流量的合理配比，又能使空氣和煤氣流量根據(jù)配比相互跟隨，保證煤氣流量和空氣流量控制穩(wěn)定，提高了抗干擾能力。

上述功能是爐溫設(shè)定功能：TE201SP來(lái)自于畫(huà)面WINCC的畫(huà)面設(shè)定，均熱段的溫度設(shè)定為下限200，上限1400。下面是TE201SP在WINCC畫(huà)面上的源。

根據(jù)此處進(jìn)行均熱段爐溫的設(shè)定進(jìn)行調(diào)節(jié)。

上述功能是PID調(diào)節(jié)功能圖，下面是功能參數(shù)

TIC101MAN_ON是手動(dòng)調(diào)節(jié)的，操作源來(lái)自于畫(huà)面。

當(dāng)處于自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程時(shí)，TE101SP加在PID調(diào)節(jié)器的給定通道，DB100.DB12來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)的熱電偶的采集信號(hào)。比例設(shè)置為0.08,積分時(shí)間20S，微分時(shí)間5S

死區(qū)寬度為1，給定和反饋的差值不超過(guò)1時(shí)，視為在死區(qū)范圍內(nèi)，不進(jìn)行調(diào)節(jié)。

增大比例系數(shù)P一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有比較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。

增大積分時(shí)間I有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時(shí)間變長(zhǎng)。增大微分時(shí)間D有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱。有兩個(gè)輸出限幅下限是3，上限是90。

調(diào)節(jié)輸出值給畫(huà)面顯示

該系統(tǒng)采用雙交叉限幅并聯(lián)串級(jí)的調(diào)節(jié)控制方式，上面是串級(jí)功能的實(shí)現(xiàn)。

上述功能為雙交叉限幅功能的實(shí)現(xiàn)，將空氣流量的實(shí)測(cè)值與煤空比相乘，再乘以高低選限幅系數(shù)（1±K），作為煤氣流量設(shè)定值的允許范圍，調(diào)節(jié)煤氣流量；將煤氣流量的實(shí)測(cè)值與空煤比相乘，再乘以高低選限幅系數(shù)（1±K），作為空氣流量設(shè)定值的允許范圍，調(diào)節(jié)空氣流量。

"FV102DB".SP_INT作為煤氣調(diào)節(jié)閥的給定, "FV101DB".SP_INT作為空氣調(diào)節(jié)閥的給定.

上述功能為閥門(mén)調(diào)節(jié)器的功能,DB100.DBD292是空氣調(diào)節(jié)閥的反饋信號(hào), "FV101DB".SP_INT是空氣調(diào)節(jié)閥的給定,該值來(lái)源于雙交叉限幅的輸出.需要設(shè)置PID調(diào)節(jié)器的死區(qū)值,輸出的上下限幅,以及手自動(dòng)切換值.

該值為閥門(mén)調(diào)節(jié)為自動(dòng)時(shí),手動(dòng)值的顯示值,為畫(huà)面提供顯示.

空氣流量調(diào)節(jié)器的輸出給AI模板進(jìn)行輸出對(duì)應(yīng)的輸出地址為PQW512.類(lèi)似的還有煤氣調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)器的給定值來(lái)源于雙交叉限幅的輸出,然后再給到煤氣流量調(diào)節(jié)器的給定,反饋來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)煤氣調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)器,進(jìn)行比較后得出輸出值,然后把輸出值進(jìn)行線形化后輸出,對(duì)應(yīng)地址為PQW514.以下為程序顯示

線形化輸出

3  結(jié)束語(yǔ)

爐溫控制是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，雙交叉限幅保證了煤氣在正常和異常條件下都可以穩(wěn)定的保證空燃比，以空氣、煤氣為輔控回路，實(shí)現(xiàn)了燃燒控制過(guò)程的經(jīng)濟(jì)、科學(xué)化。承鋼二高線運(yùn)用雙交叉限幅控制爐溫，運(yùn)行穩(wěn)定良好，為加熱爐燃燒控制提供了有效的保障。