PCS7在熱軋帶鋼生產線推進式加熱爐系統中的應用

趙光　王玉敏

【摘 要】隨著經濟的快速發展，產品質量要求越來越高。加熱爐是工業生產中的一個重要裝置，它的主要功能是把原料加熱到一定溫度，從而保證下道工序的順利進行，因此加熱爐的溫度控制起著舉足輕重的作用，直接關系到產品質量、產量、能源、污染及工人勞動強度等等。

【關鍵詞】推進式加熱爐；溫度控制；雙交叉限幅控制

0 引言

隨著科學技術的迅速發展，生產系統規模越來越大，生產工藝對控制系統的可靠性、運算能力、擴展能力、開放性、操作及監控水平等方面要求越來越高。對于加熱爐，工藝介質受熱升溫或同時進行氣化，其溫度的高低會直接影響下一道工序的操作工況和產品質量。加熱爐的平穩操作可以延長爐管的使用壽命，所以，加熱爐出口溫度必須嚴加控制，保證加熱爐相關設備可靠、穩定，生產節奏連續穩定。

1 溫度控制設計

爐溫控制：

根據工藝的要求，加熱由3個供熱段組成，即均熱段、二加熱段、一加熱段。

對于每段的爐溫控制回路，每段爐頂的2只熱電偶測得溫度值參與爐溫調節，操作員可以在HMI上任意選擇。

1.1 改進型雙交叉限幅控制方法

相對于串級比值方法，為了對空燃比控制更加精細，出現了帶有雙交叉限幅的串級比值控制方法，簡稱雙交叉控制方法。優點是有效控制了動態空燃比，但同時缺點是限幅犧牲了系統跟蹤負荷變化的速度，降低了系統的響應速度。控制原理方框圖如下圖所示。為進一步提高響應速度，改進型雙交叉方法還將限幅系數設為可以根據溫度偏差自動修正，以便在溫度偏差較大時減弱或取消限幅功能，即限幅系數是動態的。這樣將大大提高控制系統的響應速度。

圖1

1.2 空氣過剩系數u自動修正策略

根據燃燒理論，理論空氣過剩率與燒嘴負荷之間的關系如下圖所示。也就是說隨著生產負荷的變化，理論空氣過剩系數也應該隨之變化，這一點在實施溫度控制時應該考慮到。這種變化的空氣過剩系數修正策略對提高燃燒效率，降低氧化燒損有好處。另外，在常規控制的低負荷狀態時，為了保證在小流量情況下，使空氣和煤氣能夠很好的混合燃燒，必須在相應的煤氣流量的情況下，適當加大空氣的流量，才能保證在小流量情況下的合理燃燒。

1.3 爐溫模糊控制技術

鑒于溫度對象的大滯后，僅靠常規PID控制來調整造成響應速度慢，超調量大。一方面通過供熱需求分析建立燃料的消耗量與生產能力（生產率）之間的基本函數關系；另一方面，根據操作經驗將加熱爐分為幾種典型工況，制定相應的決策規則。在此基礎上，建立爐溫模糊控制器。為了保證系統運行的可靠性，模糊控制器采用前饋結構實現。這樣既保證了根據生產情況，模糊決策對流量控制的作用，又兼顧了PID的控制作用。實際上，生產比較平穩時，爐溫模糊控制器輸出基本沒有變化，主要是PID起作用；當生產率變化時，往往是在溫度發生波動前，模糊控制器會超前PID起作用，而且直接作用流量改變。這種控制技術可以起到提前修正作用，從而提高控制系統的響應速度。

圖2

1.4 回路基本報警、連鎖等功能

超溫報警功能：當相應段的溫度超過允許值，系統發出報警信號；

熱電偶斷偶保護、報警功能：當任何一只熱電偶被燒壞，本回路立即切換到手動模式，同時系統發出報警信號；

溫度調節器輸出限幅功能：根據最大加熱速率對溫度調節器輸出限幅，防止鋼坯過熱。

1.5 設定值選擇

本地方式：

當HMI選擇本地方式設定時，爐溫設定值由操作員根據實際情況來決定或從常用鋼種參數數據庫中選擇。當從數據庫中選擇時，各段設定值同時被更新。

1.6 空燃比設定選擇

（1）人工設定：在HMI上由操作員根據經驗直接輸入合適的空燃比值；

（2）空氣過剩系數自適應：操作員只需給定理論空燃比，系統將根據負荷情況自動計算過剩系數，求出空燃比。

1.7 溫度控制器工作模式

為方便操作，溫度控制器設計手動（MAN）、本地自動（AUTO）2種控制模式。

（1）手動模式（MAN）：在手動模式下，空氣流量和煤氣流量的調節閥工作在手動方式。由操作員在HMI上直接改變閥門的開度。

（2）本地自動模式（AUTO）：本地自動就是并聯串級、交叉限幅工作模式。也是在坯料加熱時，控制系統經常使用的方式。流量調節回路、溫度調節回路都工作在閉環狀態。操作員只需要在HMI上輸入相應供熱段的爐膛目標溫度值給控制系統，則系統就會自動、成比例的調節相應供熱段的空煤氣流量，從而，保證爐溫的控制精度。

2 操作站畫面設置

采集全廠的工藝參數值，電氣參數值及生產設備的運行狀態信息。以形象的流程畫面為背景，將數據顯示在控制室操作站上，對需要操作的設備和參數，設計按鈕和輸入窗口，用鼠標、鍵盤或觸屏方式進行操作。

檢測或運轉設備出現越限或故障時，流程圖上相應的圖例紅光閃動，并發出報警聲響加以提示。報警的笛聲可以通過鍵盤解除，紅光繼續保持，直至該故障消除，閃動才停止。

畫面間設計同一風格的菜單、按鈕、箭頭等人機接口器件用于畫面間的相互切換或彈出窗口，十分方便、直觀。

3 結束語

本方案是指對加熱爐的平穩操作并可以延長爐管的使用壽命而設計的。在串級控制基礎上，引入生產率前饋控制，可以（下轉第292頁）（上接第113頁）構成靜態前饋控制或動態前饋控制，煤氣流量能快速根據溫度變化而發生相應的變化，從而保證調節平穩。通過現場調試可以看出該方案不僅效果不錯，而且實現起來比較簡單，操作方便，對于長期穩定運行有一定的優勢。

[責任編輯：薛俊歌]