自動控制技術在蓄熱式加熱爐中的應用

1、自動控制技術在蓄熱式加熱爐中的應用1引言傳統(tǒng)的加熱爐采用的是“直燃式”加熱方式，該方式不但浪費能源，而且產(chǎn)能低。萊蕪鋼鐵有限公司特 殊鋼廠（簡稱萊鋼特鋼廠）小型車間加熱爐原采用的也是“無水冷滑軌直燃式”，設計產(chǎn)量為15"h。后進行 了蓄熱式改造，以提高加熱爐的產(chǎn)能以及能源的利用效率。其中，控制系統(tǒng)自動化程度高，調(diào)節(jié)效果良好。系統(tǒng)主要由四部分組成：一次儀表，dcs控制器、上 位機和應用程序。該系統(tǒng)口動化程度高，維護量小，控制模型設計合理，完全滿足該加熱爐不同鋼種的工 藝要求。系統(tǒng)投入運行后，正常穩(wěn)定，保證了蓄熱式加熱爐生產(chǎn)的順行，并提高了產(chǎn)能和降低了能耗。2系統(tǒng)控制原理該系統(tǒng)采用的是空

2、氣蓄熱加熱方式，所以主耍涉及休眠與延時、空燃比等口動控制技術難題。2.1控制系統(tǒng)的休眠與延時同步控制控制系統(tǒng)與“直燃式"加熱爐不同的是：蓄熱式加熱爐每燃燒分鐘，就要冇一次換向燃燒動作。在 換向期間，某段的煤氣被切斷，風量也會變化不定，屬于不可控制階段。換向完成后，風和煤氣的流量再 恢復到正常狀態(tài)。在這期間，不能進行常規(guī)控制，換向動作相當于給了控制器一個強大干擾，此時的任何控制動作都是 徒勞無益的。這里采用的方式就是鎖定、休眠，讓控制系統(tǒng)鎖定住，等待換向結束并穩(wěn)定后，再解鎖恢復正常的控制，控制系統(tǒng)的休眠與延時同步控制技術可以完全解決蓄熱式加熱爐在換向過程中的連續(xù)控制問題。 控制系統(tǒng)結構

3、如圖1所示。圖鎖定及延時控制系統(tǒng)結構圖2.2空燃比的控制該加熱爐采用煤氣做燃料，空氣助燃，控制好空燃比（空燃比即空氣流量與煤氣流量之比），是保證 燃燒充分，提高燃燒質(zhì)量的關鍵。在設計時選取各段爐溫作為被控制h標，煤氣流量作為主控制量，空氣流量的控制與煤氣進行比值控制。空燃比燃燒的實現(xiàn)采用雙交義限幅調(diào)節(jié)方式，具體控制框圖如圖2。2:煤氣w空氣流量交叉限巾畐控制框圖空氣流量、煤氣流量的控制通過邏輯比較及乘法器計算得出；空氣、煤氣流量控制采用pi控制器，當 溫度變化時，空氣、煤氣流量可實現(xiàn)同時增減，實現(xiàn)加熱爐的最佳燃燒。3系統(tǒng)組成與功能3.1系統(tǒng)基本結構系統(tǒng)主要由四部分組成：現(xiàn)場一次儀表，dcs,上

4、位機和應用程序。-次儀表主要完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和對煤氣、空氣量的調(diào)節(jié)；dcs對各種數(shù)據(jù)進行計算，并輸出控 制值；上位機完成畫面監(jiān)控；應用程序用來實現(xiàn)dcs和上位機的功能。3.2系統(tǒng)各部分組成3.2.1檢測環(huán)節(jié)根據(jù)工藝和控制要求，需要對各項工藝參數(shù)進行檢測采集，作為系統(tǒng)控制的依據(jù)。這些檢測包括：煤 氣總管壓力、流量；空氣總管壓力；均熱段、加熱段爐溫；爐壓、煤氣流量、空氣流量等等。3.2.2控制機構(dcs)控制機構作為系統(tǒng)的核心部分，功能由dcs控制器來完成。dcs負責采集各種信號，進行各種運算 和轉換，給上位機捉供數(shù)據(jù)并接受上位機的操作指令，將控制信號輸出給執(zhí)行機構等等。該系統(tǒng)選用是的英國歐

5、陸t103小型集散控制系統(tǒng)。模板的配置見圖(3)圖3：系統(tǒng)組成3.2.3執(zhí)行機構接收dcs的控制信號，由調(diào)節(jié)閥和切斷閥完成對煤氣、風量的控制。該部分調(diào)節(jié)閥選用的是電子式直 行程電動調(diào)節(jié)閥，控制精度高；切斷閥選用的是24v雙電控氣動0型切斷閥，動作吋間不到2秒。3.2.4報警系統(tǒng)在加熱爐工作過程中，若各類工藝參數(shù)或換向設備發(fā)生異常，超過了系統(tǒng)設定的警戒上、下限值，故 障表中就會自動地記錄故障發(fā)生的時間、來源和恢復時間，并在相關的畫面中顯示出來，還伴有警鈴提示 功能，便于操作人員及時找出故障原因并予以排除，可以提高現(xiàn)場處理故障的能力，確保設備的安全運行。 3.2.5控制系統(tǒng)安全保障功能實現(xiàn)r煤氣的

6、低壓安全保護連鎖控制、手操器及pi控制器的手動/口動的全程無擾動切換控制、調(diào)節(jié) 閥的軟保護控制功能，系統(tǒng)電源采用ups電源及穩(wěn)壓器保護和防抗t擾等措施確保了系統(tǒng)的安全可旅運 行。3.2.6工藝監(jiān)控 監(jiān)控功能由工控機帶顯示器和打印機來實現(xiàn)。硬件組成見圖(3)。系統(tǒng)的監(jiān)視功能有若干可視的圖形畫面組成，直觀地反映了加熱爐的實際狀況，畫面主要包括：加熱 爐燃燒工藝圖；輔助監(jiān)控圖；煤氣圧力趨勢圖；溫度趨勢圖等。通過對這些圖形的操作，可監(jiān)視溫度、圧 力、流量的變化趨勢，并對故障報警進行顯示等。畫面之間的切換用鼠標簡單的點擊畫面切換按鈕或功能 指示鍵即可，系統(tǒng)操作十分簡單。3.2.7應用程序系統(tǒng)所用的是li

7、ntools編程軟件。由于具有直觀圖形化組態(tài)、控制功能豐富、控制指令易于閱讀修改、利用view對數(shù)據(jù)庫進行圖形化 訪問和實時控制快等特點。4系統(tǒng)應用該系統(tǒng)投入應用以來，穩(wěn)定可靠，很好的保證了加熱爐的穩(wěn)定運行。具有以下特點和優(yōu)勢。4.1系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠設計選型合理，系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，故障率低，幾乎免于維護，運行一年多來，沒冇更換過任何設備。4.2控制精度高，反應靈敏調(diào)節(jié)閥的口徑計算準確，對煤氣、風量的控制誤差不到1%；對由于工況變化，煤氣、風量的調(diào)節(jié)反 映速度低于6秒。4.3控制方式靈活在生產(chǎn)中，操作人員可以根據(jù)生產(chǎn)情況，自由選擇各種控制方式。有手動、半自動以及全自動，并可 針對不同情況選擇不同控制方案。4.4控制方案系統(tǒng)合理針對蓄熱式加熱爐的特點，該系統(tǒng)很好的解決了“換向”問題，并且“空燃比”控制的非常好，杜絕了“冒 黑煙”的現(xiàn)象。5結束語綜上所述