加熱爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真畢業(yè)設(shè)計

加熱爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計與仿南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)YGW-9300型有機(jī)熱載體加熱爐控制系統(tǒng)南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）加熱爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計與步進(jìn)式加熱爐不僅是軋線上最重要的設(shè)備之一，而且也是耗能大戶。鋼坯加熱的技術(shù)直接影響帶鋼產(chǎn)品的質(zhì)量、能源消耗和軋機(jī)壽命。因此步進(jìn)式加熱爐優(yōu)化設(shè)定控制技術(shù)的推廣對鋼鐵企業(yè)意義重大。步進(jìn)式加熱爐的生產(chǎn)目的是滿足軋制要求的鋼坯溫度分布，并實(shí)現(xiàn)鋼坯表面氧化燒損最少和能耗最小。由于步進(jìn)式加熱爐具有非線性、不確定性等特點(diǎn)，其動態(tài)特性很難用數(shù)學(xué)模型加以描述，因此采用經(jīng)典的控制方法難以收到理想的控制效果，只能依靠操作人員憑經(jīng)驗控制設(shè)定值，當(dāng)工況發(fā)生變化時，往往使工藝指標(biāo)（如空燃比）實(shí)際論和仿真比較說明使用雙交叉限幅控制系統(tǒng)是一種比較好的燃燒控制方法。南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） .ABSTRACT 4 5 8第三章燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真 9 9 南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）每年消耗大量的原煤。由于熱工檢測手段落后，自動控制系統(tǒng)不夠完善及運(yùn)行管理不良等原因,導(dǎo)致熱效率比設(shè)計值低10%~20%。并由于調(diào)節(jié)量過大的波動引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)過度磨損，燃燒不穩(wěn)定，熱力設(shè)備與管道的熱應(yīng)力破壞，工藝次品率升高，鍋爐冒黑煙，產(chǎn)生大量氮氧化物等造成環(huán)境污染。許多廠家和單位求相當(dāng)?shù)募夹g(shù)，因此常將其切換至手控運(yùn)行方式。不僅工人勞動強(qiáng)度使效率降低，污染加劇。采用自適應(yīng)控制可以使自控系統(tǒng)投入率提高，減少運(yùn)自動燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是在滿足生產(chǎn)工藝的溫度要求前提下，實(shí)現(xiàn)境，又使燃燒效率下降。一般情況下，加熱爐燃燒控制都采用基本串級比值控制方案，或是其變化形式。但由于空氣管道時間常數(shù)比燃料回路大，當(dāng)負(fù)荷突然發(fā)生變化時，這種控制方案不能保證u在最佳燃燒區(qū)。多人進(jìn)行了深人研究，先后產(chǎn)生了幾種交叉制約控制方案，使燃燒控制系統(tǒng)日趨完善[1]。步進(jìn)式加熱爐的工業(yè)過程：由連鑄出坯輥道送來的板坯在裝料輥道上自動南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）爐子為雙排料，裝料端設(shè)置兩臺裝料推鋼機(jī)，板坯由裝料輥道運(yùn)至裝料機(jī)口定位后，裝料推鋼機(jī)將板坯從裝料輥道上推到爐子固定梁上，當(dāng)需要入爐時后退，完成一個步進(jìn)行程，而板坯向前移運(yùn)了一個步距。如此周而復(fù)始，板坯出料端。在出料端，激光檢測器檢測到板坯邊緣并在步進(jìn)梁完成一個水平行程壓過大，會使大量冷空氣漏進(jìn)爐內(nèi)，從而使熱量損失增加[7]。1100~1200℃,爐膛負(fù)壓范圍是0~-30Pa[3]。燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括熱負(fù)荷、送風(fēng)、引風(fēng)三個調(diào)節(jié)回路。其中，燃料量和送風(fēng)量的比例是影響燃燒經(jīng)濟(jì)性的主要因素。為了防止不完全燃燒，保證動），始終有一定富裕量，但不能排除風(fēng)量過大可能造成的熱損失。為此可采用雙交高值選擇器及必要的運(yùn)算組件，以實(shí)現(xiàn)加負(fù)荷時先加風(fēng)后加燃料，減負(fù)荷時先南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）雙交叉限幅經(jīng)歷了燃料先行的比值或空氣先行的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、串級串聯(lián)燃燒控制系統(tǒng)、串級并聯(lián)燃燒控制系統(tǒng)、串級并聯(lián)單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)四個發(fā)展階段。它是以爐溫調(diào)節(jié)回路為主環(huán)，燃料流量和空氣流量調(diào)節(jié)為副環(huán)，構(gòu)成串級并聯(lián)雙交叉限幅控制系統(tǒng)[13]。雙交叉限幅控制系統(tǒng)在負(fù)荷變化時，系統(tǒng)各參數(shù)變化，根據(jù)實(shí)測空氣流量對燃料流量進(jìn)行上、下限幅，而且還根據(jù)實(shí)測燃料流量對空氣流量進(jìn)行上、下限幅。在負(fù)荷增加或減小時，燃料流量和空氣流量相互限制交替增加或減小，即使在動態(tài)情況下，系統(tǒng)也能保持良好的空爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)采用前饋—反饋控制系統(tǒng)，爐膛負(fù)壓控制一般可通過控制引風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時，單回路控制系統(tǒng)較難控制。因負(fù)的較大波動。為此用反映負(fù)荷變化的蒸汽壓力作為前饋信號，組成前饋—反饋是仿真軟件的初級形式。例如，CSS仿真程序仿真的一些基本問題，不能對復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行有效的仿真。仿真語言是一種直接用于解決仿真問題的專用高級語言，是仿真軟件的高年代至80年代。例如，ACSL,DARE-P,CSSLIV,SLAM和MIMIC就是其比較流行的數(shù)字仿真語言。使用者可以通過一些專用語句，把微分方程或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖輸入到計算機(jī)中，由仿真語言中的“翻譯模塊”將它們翻譯成機(jī)械的匯編語言或某種程序設(shè)計語言，并自動翻譯、裝配、執(zhí)行，從而使得用戶更多地擺脫對程序的熟悉和了解。仿真語言比仿真程序功能更全面，使用起來更方面。然而，由于要求用戶能按仿真語言的格式去編寫仿真源程序，因此對于一般工程南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）技術(shù)人員而言，使用起來仍然感到不是很方面[4]。近二十年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，控制系統(tǒng)計算機(jī)仿真與輔助設(shè)計軟件也取得了巨大的進(jìn)步，突出的表現(xiàn)是廣泛的可視化操作和軟件的高度集的Simulink，這個集成在MATLAB中的動態(tài)系統(tǒng)建模及仿真工具，使得MATLAB集可靠的數(shù)值運(yùn)算（尤其是矩陣運(yùn)算）、圖形圖像顯示和處理、高水平的圖形界面設(shè)計功能與一身，并提供與其他高級程序設(shè)計語言的接口，因此用MATLAB設(shè)計的仿真模型具有良好的可移植性。MATLAB是一種解釋性程序設(shè)計語言，用戶既可以在MATLAB環(huán)境下輸入一個命令，也可以用MATLAB語言編寫應(yīng)用程序，由MATLAB負(fù)責(zé)執(zhí)行并理論和現(xiàn)代控制理論的大部分內(nèi)容，包括根軌跡、極點(diǎn)配置和LQG（線性二次最優(yōu)）控制器設(shè)計等。另外，還提供友好的圖形界面環(huán)境（GUI大大簡化了控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計過程。為此，在本設(shè)計中我選用MATLAB來對本設(shè)計進(jìn)熱連軋是鋼鐵工業(yè)的一個重要環(huán)節(jié)。煉鋼連鑄的鋼坯在鋼坯庫冷卻后，必須經(jīng)過加熱爐按照特定的工藝曲線加熱后才能送往熱軋線進(jìn)行軋制，它在煉鋼生產(chǎn)和連續(xù)性軋鋼生產(chǎn)之間起緩沖、平衡作用。步進(jìn)式加熱爐是熱連軋廠中鋼坯加熱用的設(shè)備，它將冷鋼坯加熱到軋制要求的目標(biāo)溫度，并使其溫度均勻。加熱爐的控制系統(tǒng)直接影響到鋼坯的產(chǎn)量、質(zhì)量和成本。為了充分發(fā)揮連軋機(jī)步進(jìn)式加熱爐屬室狀爐類型，即爐溫是隨時間而變的。加熱爐要根據(jù)鋼坯南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）加熱爐在保證安全運(yùn)行及完成加熱鋼坯任務(wù)的同時，還要考慮高效及經(jīng)濟(jì)地燃燒。因此當(dāng)加熱爐控制系統(tǒng)的負(fù)荷及煤氣的質(zhì)量等因素發(fā)生波動時，應(yīng)當(dāng)考慮采用何種合理有效的控制手段，能使加熱爐內(nèi)的爐膛溫度、爐膛壓力、排煙溫度等參數(shù)穩(wěn)定在控制范圍之內(nèi)，并且能夠使加熱爐工作在最佳燃燒區(qū)內(nèi)[5]。爐尾預(yù)熱段鼻部加熱段鼻部均熱段由連鑄出坯輥道送來的板坯在裝料輥道上自動測量板坯長度，合格板坯經(jīng)爐子為雙排料，裝料端設(shè)置兩臺裝料推鋼機(jī)，板坯由裝料輥道運(yùn)至裝料機(jī)口定位后，裝料推鋼機(jī)將板坯從裝料輥道上推到爐子固定梁上，當(dāng)需要入爐時后退，完成一個步進(jìn)行程，而板坯向前移運(yùn)了一個步距。如此周而復(fù)始，板坯料端。在出料端，激光檢測器檢測到板坯邊緣并在步進(jìn)梁完成一個水平行程運(yùn)動后，算出板坯位置，當(dāng)爐子接到要鋼信號后再自動開啟出料爐門，用出鋼機(jī)將加熱好的板坯取出后，直接放在出料輥道上，出料輥道為單傳輥道。當(dāng)步進(jìn)梁需要分段操作時，在兩段步進(jìn)梁的分段區(qū)域內(nèi)設(shè)置一組激光檢測器，經(jīng)檢測南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）連鑄出坯輥道步進(jìn)梁的運(yùn)動軌跡是一個矩形運(yùn)動軌跡，具體入下圖所示。步進(jìn)梁運(yùn)動由水平運(yùn)動和升降運(yùn)動組成：水平運(yùn)動和升降運(yùn)動過程中的速度是變化的，其目的在于保證板坯以較低的速度接觸固定梁和步進(jìn)梁開始動作和結(jié)束動作的緩和，減少步進(jìn)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊和震動。步進(jìn)機(jī)構(gòu)的水平運(yùn)動是：通過一臺平移液壓缸驅(qū)動平移框架，使其在提升框架的滾輪上作平移運(yùn)動，此時，提升鋼處下降南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）由液壓系統(tǒng)比例閥的控制來實(shí)現(xiàn)，而步進(jìn)梁的運(yùn)動極限位置以及運(yùn)動速度改變點(diǎn)(位置)分別由升降缸內(nèi)置線性位移傳感器和平移缸內(nèi)置線性位移傳感器來確定。當(dāng)板坯較長時間停爐時，要求步進(jìn)梁停在中位與固定梁同一標(biāo)高或進(jìn)行踏步，以避免板坯變形彎曲和黑印加重，正常生產(chǎn)時步進(jìn)梁停在低位[7]。通過前面的介紹，我們可以總結(jié)出步進(jìn)式加熱爐相對于推鋼式加熱爐的優(yōu)1）軋機(jī)計劃停軋前，步進(jìn)式加熱爐可以把所要其他設(shè)備，爐子出空后其熱惰性比裝有坯料的爐子小，冷卻較快，縮短了檢修周期，減輕了勞動強(qiáng)度；軋機(jī)事故停扎時，爐內(nèi)鋼坯可以局部或全部從裝料側(cè)方向退出爐外，沒有因爐內(nèi)保溫造成的氧化損失和燃料消耗。任意順序安排鋼號或鋼種，只要在他們之間將間隙增大到若干步距即可。3）鋼坯在步進(jìn)式爐內(nèi)四面受熱，加熱斷面溫差小、加熱均勻，能減少脫碳燃燒控制區(qū)。爐體四壁由不同材質(zhì)的耐火保溫材料砌筑而成。設(shè)備組成如下:南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）現(xiàn)代化的高產(chǎn)量熱軋帶鋼軋機(jī)，由于對軋制帶鋼的厚度尺寸公差，帶鋼表面質(zhì)量和板型控制的要求日益嚴(yán)格，因而對板坯加熱溫度均勻性和熱板坯表面的質(zhì)量要求也不斷提高。加熱爐是熱軋帶鋼軋機(jī)必須配備的熱處理設(shè)備，隨著工業(yè)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的熱連軋機(jī)應(yīng)該配置大型化的，高度自動化的步進(jìn)梁式加熱爐，其生產(chǎn)應(yīng)符合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)低耗、節(jié)能、無公害以及生產(chǎn)操作自動化的工藝要求，以提高其產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力。我國軋鋼工業(yè)的加熱爐型有推鋼式爐和步進(jìn)式爐兩種，但推鋼式爐有長度大，板坯背面滑軌擦痕多，難以實(shí)現(xiàn)管理自動化。由于推鋼式爐有難以克服的坯之間可以留出空隙，板坯和步進(jìn)梁之間沒有摩擦，出爐板坯通過托出裝置出爐，完全消除了滑軌擦痕，又有適合加熱斷面較大的坯料，鋼坯加熱斷面溫差工業(yè)爐技術(shù)飛速發(fā)展，且向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)多品化及計算機(jī)應(yīng)用不僅節(jié)省人力，更重要的是能把工藝參數(shù)嚴(yán)格控制在規(guī)定值范應(yīng)用不僅是工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志，而且是生產(chǎn)必需和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此世界各國少氧化燒損0.2%左右，在頻繁改變生產(chǎn)計劃、坯料鋼種和規(guī)格的情況下，其節(jié)南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）現(xiàn)狀與其發(fā)展方向進(jìn)行了全面深入的討論，提出應(yīng)用連鑄逐步代替初軋，用連續(xù)式冷熱寬帶鋼軋機(jī)代替勞特式中板軋機(jī)和迭軋薄板軋機(jī)，用冷軋硅鋼片代替熱軋硅鋼片，用連續(xù)式棒材型材軋機(jī)代替橫列式軋機(jī)，用步進(jìn)式加熱爐代替推濟(jì)發(fā)達(dá)的省份和各大鋼鐵集團(tuán)公司相繼引進(jìn)或改建成了控制系統(tǒng)引進(jìn)國外的系3）生產(chǎn)自動化水平非常高，原加熱爐的控制系統(tǒng)大都是單回路儀表和繼電器邏輯控制系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)也大多是模擬量控制式供電裝置，現(xiàn)在的加熱爐的管理系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)都是全數(shù)字化的直流或交流供電裝置[8]。第三章燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真待軋鋼坯根據(jù)計劃被排列在加熱爐內(nèi)的滑軌上，用燃料和空氣混合燃燒產(chǎn)生的熱量進(jìn)行加熱，鋼坯被加熱到合適的溫度后送給軋機(jī)進(jìn)行軋制。燃料的燃燒需要適當(dāng)配比的空氣，空氣量不足會造成燃料燃燒不充分從而浪費(fèi)能源并污坯的氧化燒損，高效燃燒控制的重點(diǎn)就是空燃比的控制?？紤]燃料和空氣混合的實(shí)際情況，通?？諝饬恳嘤谌紵璧睦碚撝?，即理論空氣量，而空氣過料端至出料端分成預(yù)熱、加熱、均熱三個溫度段。預(yù)熱段為緩慢加熱區(qū)，爐膛溫度稍低；加熱段為快速加熱區(qū)，溫度在爐內(nèi)最高均熱段主要是消除鋼坯表面和芯部的溫度差，使整個鋼坯的溫度適合于軋制要求。對于不同規(guī)格種類的鋼坯三段溫度的控制要求不同。鋼坯在爐內(nèi)隨著溫度場的變化逐漸被加熱到軋制溫度。爐膛溫度在正常生產(chǎn)情況下與投入到爐內(nèi)的燃料量是相對應(yīng)的，在滿足對于燃燒控制系統(tǒng)，空氣過剩系數(shù)u是一個重要參數(shù)。因為燃燒控制系統(tǒng)不完全燃燒熱損不完全燃燒熱損失23Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。3.2.2仿真模型的建立為了對本設(shè)計中的三種燃燒控制系統(tǒng)進(jìn)行比較，作者在設(shè)計中用Simulink對這三種燃燒控制系統(tǒng)調(diào)試仿真，使控制效果達(dá)到最佳，進(jìn)最終改進(jìn)加熱爐燃燃料流量和空氣流量反應(yīng)較快，又是單容對象，因此它們都可以看成一階南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）分和微分環(huán)節(jié)。微分的作用是克服溫度的滯后，積分的目的是消除靜態(tài)誤差和流量是個脈動信號，因此不能在控制器中加入微分作用，否則系統(tǒng)對輸入根據(jù)執(zhí)行器的原理可知，如果系統(tǒng)接受一階階躍信號，執(zhí)行器得由一個開由于檢測和變送器的輸入信號和輸出信號可以看成已線性化，因此其傳遞南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）設(shè)定值設(shè)定值FaCKFfCFfT燃料FaTTTTC通過溫度變送器送到溫度控制器，然后其輸出作為燃料控制器的設(shè)定值。通過設(shè)定值和燃料流量變送器輸出的信號比較，來控制閥門的開度以改變?nèi)剂系牧髁髁靠刂破鞯脑O(shè)定值隨爐溫變化而改變，同燃料控制回路，空氣流量也相應(yīng)改控制質(zhì)量提高；改善控制過程的動態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作效率；對負(fù)荷和操南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）從本原理圖中可以看出，串級控制系統(tǒng)的副回路是燃料流量控制。在儀表各個環(huán)節(jié)之間都經(jīng)過了統(tǒng)一的標(biāo)度轉(zhuǎn)換。下面對仿真結(jié)果圖進(jìn)行說明，在空燃比的仿真圖中，縱軸代表的是空燃比，橫軸代表的是時間，單位是秒；在溫度當(dāng)降負(fù)荷時，即爐溫設(shè)定值調(diào)低。由于溫度控制器是反作用，燃料流量給定值和空氣流量給定值同時下降，但由于空氣對象的時間常數(shù)大于燃料對象，使得實(shí)際燃料流量給定值降低快于空氣流量給定值。則空燃比將有個波峰，空大，燃料流量給定值和空氣流量給定值同時上升，同樣由于空氣對象的時間常數(shù)大于燃料對象的時間常數(shù)，使燃料流量給定值增加快于空氣流量給定值。則空燃比將有個波谷，空氣不足。這將引起冒黑煙，污染環(huán)境，浪費(fèi)能量[10]。下面是串級比值控制系統(tǒng)溫度降量時的空燃比仿真圖：南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）從圖中可以看出，當(dāng)溫度降量時空燃比有一個大的波峰，同時可以知道此南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）從圖中可以看出，當(dāng)溫度提量時，空燃比有一個大的波谷，同時可以知道空氣過剩系數(shù)此時已經(jīng)小于最佳燃燒區(qū)的下限值1.02。因此，在本控制系統(tǒng)溫南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）爐溫爐溫TT設(shè)定值>K1K2<FaCFaT燃料空氣KFfCFfTTC真K1、K2——偏置單元;>、<——高選器和低選器;a、f——空氣(air)和燃料(fuel)。輸出增大，則高選器選擇溫度控制器的輸出。此時，空氣控制器的給定值就是溫度控制器的輸出，其輸出通過空氣流量單回路控制系統(tǒng)使空氣流量變大。同時，低選器選擇空氣流量除以空燃比乘以偏置單元K2，其作為燃料流量控制器的給定值，再通過燃料流量單回路控制系統(tǒng)使燃料流量增加。最終，通過空氣南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）當(dāng)降負(fù)荷時，即溫度設(shè)定值變小，同樣由于溫度控制器是反作用，使溫度這時，低選器就選擇溫度控制器的輸出作為燃料流量控制器的給定值，通過燃料流量單回路使燃料流量變小。最后結(jié)果就是，空氣和燃料流量都變小，溫度2）如果空氣系統(tǒng)有故障，即空氣流量變?yōu)榱?，則燃料流量自動南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）本系統(tǒng)儀表間通訊信號和串級控制系統(tǒng)一樣。從圖中可以看出，單交叉限南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）由圖可以得知，系統(tǒng)加入了單邊限幅后，溫度降量時空燃比有個大波峰，南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）從圖中可以得知，單邊限幅控制系統(tǒng)溫度提量時的空燃比一直處于最佳燃南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）設(shè)定值ecac<><dbd><>KKFaTFfCFfTFaCFaTFfC燃料由圖中可以看出，雙交叉限幅控制系統(tǒng)是在單交叉限幅控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）況表明：溫度降負(fù)荷時，空氣和燃料同時選擇下限限幅值，隨著溫度的下降，雙交叉限幅控制系統(tǒng)是在單交叉限幅設(shè)置冒黑煙界限限制的基礎(chǔ)上增加了空氣過剩界限限制的一種控制系統(tǒng)。雙交叉限幅可消除單交叉限幅空氣過剩和減輕燃料流量系統(tǒng)互相影響引起的振蕩。由上述分析可知,當(dāng)爐內(nèi)檢測點(diǎn)的溫度輸出對下面直接大幅度設(shè)定改成由對象時間常數(shù)規(guī)定的小幅度的設(shè)定,是等待對方流量變化后再進(jìn)行己方控制的過程,從而使動態(tài)響應(yīng)時間變長,超調(diào)量相應(yīng)地空氣過剩系數(shù)不低于防止冒黑煙的下限值。這樣就確保了燃燒過程中都在最佳燃燒區(qū)內(nèi)進(jìn)行，達(dá)到節(jié)能、完全燃燒、防止污染和提高產(chǎn)品質(zhì)南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）本圖是在單邊限幅的基礎(chǔ)上又增加了兩個高低選擇器。儀表間的通訊信號如串級控制的一樣。可以從圖中看出，高選器和低選器是使用選擇開關(guān)來代替南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）圖從圖中可以看出，雙交叉限幅控制系統(tǒng)在溫度降量時，空氣過剩系數(shù)一直南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）圖從圖中可以知道，溫度提量和溫度降量時一樣，空氣過剩系數(shù)一直在最佳燃燒區(qū)。這就是說，不管溫度升降，空氣過剩系數(shù)就在最佳燃燒區(qū)，即沒有冒南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）本圖是三種控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線仿真圖。其中，紫色曲線是串級比值控制系統(tǒng)的仿真曲線，黃色的是單交叉限幅控制系統(tǒng)的仿真曲線，淺綠色的是雙南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）從圖中可以看出，串級比值控制系統(tǒng)響應(yīng)速度最快，但其超調(diào)量最大；單交叉限幅控制系統(tǒng)響應(yīng)速度次之，而其超調(diào)量較小；雙交叉限幅控制系統(tǒng)的反我們知道，無論單交叉限幅控制系統(tǒng)還是雙交叉限幅控制系統(tǒng)，它們都以是犧牲系統(tǒng)跟蹤負(fù)荷的速度來換取燃料和空氣流量之間的相互制約，以達(dá)到限就是單交叉和雙交叉限幅控制系統(tǒng)以犧牲響應(yīng)速度來防止冒黑煙和氧化鋼坯。由于雙交叉限幅控制系統(tǒng)的偏置單元較多，所以本設(shè)計就對雙交叉的偏置1）在動態(tài)過程中可以起到限幅作用，當(dāng)升負(fù)荷時，K4作為防止冒黑煙的界限設(shè)定，K1作為空氣過剩的界限設(shè)定。的波動而引起燃料流量的波動；K1和K2可以防止空氣流動。這相當(dāng)于設(shè)置了一個死區(qū)，可以防止干擾和改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性[13]。偏置單元取值小時，可以有效節(jié)能，但會降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度；反之，可南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）K1=1.07,K2=0.96,K3=0.93,K4=1.04。爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)是一個前饋-反饋控制系統(tǒng)，爐膛負(fù)壓控制一般可以通過控制引風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時，單回路控制系統(tǒng)較難控制。因負(fù)荷變化后，燃料及送風(fēng)量均將變化，但引風(fēng)量的變化落后于送風(fēng)量，從而造成爐膛負(fù)壓的較大波動。為此用反映負(fù)荷變化的蒸汽壓力作為前饋信號，組成前饋-反饋控制系統(tǒng)。通常爐膛負(fù)壓控制在-20Pa[14]。歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。使用MCGS，用戶無須具備計算機(jī)編程的知識，就可以在短時間內(nèi)輕而易舉地完成一個運(yùn)行穩(wěn)定，功能成熟，維護(hù)量小并且具備電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境是生成應(yīng)用編制工程打印報表等全部組態(tài)工作。運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行各種處理，完成組態(tài)設(shè)計的目標(biāo)和功能。也就是，在組態(tài)環(huán)境中根據(jù)使用者南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)主控窗口:是工程的主要窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個設(shè)備窗口和多個用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)備窗口:是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。也就實(shí)時數(shù)據(jù)庫:是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心。在本窗口內(nèi)定義不同對象。也就是，要在實(shí)時數(shù)據(jù)庫里定義一些變量與所要控制的設(shè)備中的變量一個輸入點(diǎn)閉合的情況分別顯示不同的內(nèi)容，則就要在運(yùn)行策略窗口做一個2)通用版組態(tài)軟件：通用版處于監(jiān)控系統(tǒng)中層的組態(tài)軟件，主要完成通用動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出等日常性監(jiān)控事務(wù)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能方便的代替大量的現(xiàn)場工作人員的勞動和完成對現(xiàn)場的自動監(jiān)控和報警處理，隨時或南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）3)網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件：網(wǎng)絡(luò)版處于整個監(jiān)控系統(tǒng)中最上層的組態(tài)軟件，主要完成整個系統(tǒng)的信息收集和發(fā)布，即把位于其監(jiān)控之下的所有監(jiān)控站點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終集中在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，并把所有的數(shù)據(jù)在服務(wù)MCGS的“與設(shè)備無關(guān)”概念：無論您使用PLC、儀表、還是使用等設(shè)備，在進(jìn)入工程現(xiàn)場前的組態(tài)測試時，均采用模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行，等測試合格后，再進(jìn)行與設(shè)備連接[15]。本設(shè)計使用的是通用版MCGS。主要完成以下功能：實(shí)時顯示各加熱段的溫度和煤氣總管的壓力，并對煤氣總管壓力和溫度進(jìn)行上、下限報警；顯示實(shí)時曲線、歷史曲線和歷史報警數(shù)據(jù)。系統(tǒng)組態(tài)如下圖所南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳、鎢、銀等。薄膜熱電阻是利用電子陰極濺射的方法制造，南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)。其中骨架用陶瓷，引線采用鉑鈀合金。熱電阻的測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。其優(yōu)點(diǎn)很多，也可以遠(yuǎn)傳電信號，靈敏度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，互換性以及準(zhǔn)確性都比較好，但是需要電源激勵，不能夠瞬時測量溫度的變化。工業(yè)用熱電阻一般采用Pt100，Pt10，Cu50，Cu100，鉑熱電阻的測溫的范圍一般為零下200~800攝氏度，銅熱電阻為零下40~140攝氏度[16]。電阻測溫的范圍較窄，在本設(shè)計中不采用熱電阻。2)熱電偶測溫?zé)犭娕际且环N感溫元件，是一次儀表，它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢-熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關(guān)系,制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫，可接入測量儀表，測得熱電動勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。它的物理，化學(xué)性能良好，熱電勢穩(wěn)定熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長，測溫南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）上限高等優(yōu)點(diǎn)。適用于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。鎳鉻-鎳硅熱電偶（K型）其使穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價格便宜，不受短程有序化影響等優(yōu)點(diǎn)。鎳鉻-銅鎳熱電偶（E型）該熱電偶之最，宜制成熱電堆，測量微小的溫度變化。對于高濕度氣氛的腐蝕不甚靈敏，宜用于濕度較高的環(huán)境。鐵-銅鎳熱電偶（J型）通常使用的溫度范圍為型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，為使熱電偶使用壽命長，不可以把熱電偶的電極直接和被測介質(zhì)接觸，可本設(shè)計中，空氣和煤氣的流量測量使用的是孔板流量計。孔板流量計可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。其具體工作原理是：充滿管道的流體，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即壓差，介質(zhì)流動的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，通過測量壓差最終計算南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）為了解決流量指示的非線性問題，需要在檢測系統(tǒng)中增加一個非線性補(bǔ)償由開方器輸出到顯示儀表。增加一個開方器后，標(biāo)尺長度與流量即成為線l=Kqm[18](5-4)變送器就是將物理測量信號或普通電信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)備。一般分為：溫度/濕度變送器，壓力變送器，差壓變送器，液位變送器，電流變送器，電量變送器，流量變送器，重量變送器等。南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）測量部分用以檢測被測變量x，并將其轉(zhuǎn)換成能被放大器接受的輸入信號Zi。Zi與調(diào)零信號Z0的代數(shù)和同反饋信號Zf進(jìn)行比較，其差值ε送入放大器進(jìn)行溫度變送器與各種熱電偶或熱電阻配合使用，將溫度信號轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)信號，作為指示、記錄儀和控制器等的輸入信號，以實(shí)現(xiàn)對溫度參數(shù)的顯示、溫度變送器有兩線制和四線制之分，各類變送器又有三個品種，即直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器和熱電偶溫度變送器。其中第一種可以和熱電偶和熱電阻配合使用。由于煤氣易爆，而兩線制的溫度變送器一般用在防爆要求熱電偶溫度變送器一般由基準(zhǔn)源、冷端補(bǔ)償、放大單元、線性化處理、V/I熱電勢經(jīng)冷端補(bǔ)償放大后，再由線性電路消除熱電勢與溫度的非線性誤差，最控溫失效造成事故，變送器中還設(shè)有斷電保護(hù)電路。當(dāng)熱電偶斷絲或接觸不良表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，使用熱電偶測溫一定要有冷端溫度補(bǔ)償。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補(bǔ)償作用[20]。因此，還需采時對測溫的影響。在本設(shè)計中四線制溫度變送器中要用兩個銅電阻，并且這兩熱電偶溫度變送器的線性化，就是通過在反饋回路中增加一個和熱電偶非差壓變送器是將液體、氣體或蒸汽的壓力、流量、液位等工藝變量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，作為指示記錄儀、控制器或計算機(jī)裝置的輸入信號，以實(shí)現(xiàn)傳感器是一個完全封閉的組件，過程壓力、差壓通過隔離膜片和灌充液硅油傳到傳感膜片引起位移．傳感膜片和兩電容極板之間的電容差由電子部件轉(zhuǎn)換成此電容變化量由電容-電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成直流電流信號，的代數(shù)和同反饋信號進(jìn)行比較，其差值送入放大電路，經(jīng)放大得到整機(jī)的輸出南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）執(zhí)行器按其能源可分為氣動、電動和液動三大類。液動的很少用，而本設(shè)氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受電/氣轉(zhuǎn)換器（或電/氣閥門定位器）輸出的氣壓信號，閥門定位器是與氣動控制閥配套使用的，是氣動控制閥的主要附件。它接受控制器的輸出信號，然后成比例的輸出信號至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)閥桿移動后，其位移量又通過機(jī)械裝置負(fù)反饋到閥門定位器，因此定位器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成了一個閉環(huán)系統(tǒng)。閥門定位器能增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，減少控制信號的傳遞滯后，克服閥桿的摩擦力和消除不平衡力的影響，加快閥桿的移動速度，提高信以變化的節(jié)流元件。由于閥芯在閥體內(nèi)移動，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，即改變了閥的阻力系數(shù)，被控介質(zhì)的流量相應(yīng)地改變，從而達(dá)到控制工藝蝶閥（又名碟閥）的擋板以轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)來控制流體的流量。它由閥體、擋板、擋板軸和軸封等部件組成。其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低、流通能力大，特別適用于低壓差、大口徑、大流量氣體和帶有懸浮物流體的場合。蝶閥的開度與流量之間的關(guān)系，基本上呈線性比例變化。因此本設(shè)計選用氣動蝶閥。氣動碟閥是用隨閥桿轉(zhuǎn)動的圓形蝶板做啟閉性,以實(shí)現(xiàn)啟用動作的氣動閥門主要做截斷閥使用,亦可設(shè)計成具有調(diào)節(jié)或段閥兼調(diào)節(jié)的功能，目前碟閥在低壓大中口徑管道上的使用越來越多。碟閥的主要優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小重量輕，造價低，氣動碟閥該特點(diǎn)尤其顯著，安裝在高空暗道，經(jīng)過二位五通電磁閥控制操作方便，也可南通紡織技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）調(diào)節(jié)流量介質(zhì)。流體阻力較小，中大口徑的氣動碟閥全開時有效流通面積較大，啟閉迅速省力，蝶板旋轉(zhuǎn)90角度即可完成啟閉，由于轉(zhuǎn)軸兩側(cè)碟板手介質(zhì)作用力接近相等，而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向相反，因而啟閉力矩較小，低壓下可實(shí)現(xiàn)良好的密封，碟閥