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，計算機(jī)、PLC軟硬件穩(wěn)定可靠，測量、執(zhí)行設(shè)備運行精確，可實現(xiàn)爐溫自動控制，蓄熱自動控制，爐膛壓力自動控制，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加熱爐的溫度采用雙交叉限幅串聯(lián)PID控制，對加熱爐的關(guān)鍵部件蓄熱器采用定時定溫?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，爐中燃料時而不足，時而過剩，浪費燃料、污染環(huán)境，造成鋼坯過度氧化。為了充分發(fā)揮蓄熱式加熱爐的優(yōu)點，配套PLC采用雙交叉限幅并聯(lián)串級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。為了實現(xiàn)上述目的，對鋼坯分三個溫度段進(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)副串級控制的方法控制三個加熱段的溫度，雖然算法相對復(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)由控制計算機(jī)、PLC、執(zhí)行器、傳感器組成?？刂破鞑捎霉た貦C(jī)控制、WINCC組態(tài)軟件，以冗余1：2的配置方式對加熱爐進(jìn)行監(jiān)控。PLC與計算機(jī)之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)通信，可編程控制器采用西門子公司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調(diào)節(jié)閥、變頻器采用西門子MM440控制鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)、高溫檢測傳感器（測爐溫）采用S型熱電偶、中低溫檢測傳感器（測爐溫）采用RTD熱電阻、流量測量采用壓力變送器。

軟件編程采用西門子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控制

2  爐溫自動控制基本原理

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。即將空氣流量的實測值與空燃比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；將煤氣流量的實測值與空燃比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來自于畫面WINCC的畫面設(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是手動調(diào)節(jié)的，操作源來自于畫面。

當(dāng)處于自動調(diào)節(jié)過程時，TE101SP加在PID調(diào)節(jié)器的給定通道，DB100.DB12來源于現(xiàn)場的熱電偶的采集信號。比例設(shè)置為0.08,積分時間20S，微分時間5S

死區(qū)寬度為1，給定和反饋的差值不超過1時，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，但是過大的比例系數(shù)會使系統(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)靜差消除時間變長。增大微分時間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)對擾動的抑制能力減弱。有兩個輸出限幅下限是3，上限是90。

調(diào)節(jié)輸出值給畫面顯示

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

上述功能為雙交叉限幅功能的實現(xiàn)，將空氣流量的實測值與煤空比相乘，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；將煤氣流量的實測值與空煤比相乘，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.

上述功能為閥門調(diào)節(jié)器的功能,DB100.DBD292是空氣調(diào)節(jié)閥的反饋信號, "FV101DB".SP_INT是空氣調(diào)節(jié)閥的給定,該值來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,以及手自動切換值.

該值為閥門調(diào)節(jié)為自動時,手動值的顯示值,為畫面提供顯示.

空氣流量調(diào)節(jié)器的輸出給AI模板進(jìn)行輸出對應(yīng)的輸出地址為PQW512.類似的還有煤氣調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)器的給定值來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,反饋來自于現(xiàn)場煤氣調(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,對應(yīng)地址為PQW514.以下為程序顯示

線形化輸出

3  結(jié)束語

爐溫控制是非常重要的一個環(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，實現(xiàn)了燃燒控制過程的經(jīng)濟(jì)、科學(xué)化。承鋼二高線運用雙交叉限幅控制爐溫，運行穩(wěn)定良好，為加熱爐燃燒控制提供了有效的保障。