申报论文--双交叉限幅在加热炉温度控制中的应用

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1、北京市中级专业技术资格评审申报论文第-10-页申报论文（中级）题目：双交叉限幅在加热炉温度控制中的应用单位：北京神雾环境能源科技集团股份有限公司姓名：李伟课题方向：自动控制2013年6月20日-10-北京市中级专业技术资格评审申报论文第-10-页摘要近年来钢铁企业不断的壮大，加热炉在轧钢工艺中扮演着越来越重要的角色，加热炉对自动化控制水平的要求也越来越高。其中，加热炉温度控制的精度直接影响到产品的质量、设备的安全运行以及公司的经济效益。随着加热炉温度控制自动化水平的不断提升，加热炉温度控制已经从以往的数显表，手操器等盘装仪表发展到PLC集中远程控制；操作模式从人工调节到

2、PLC远程集中控制。设备的操作及维护大大减少，同时，加热炉温度控制的精度及煤气的利用率得到了不断的提升。加热炉温度控制的主要目的是为了使钢坯出炉温度达到轧制工艺所要求的目标温度，钢坯的断面温差要小于允许断面温差规定的最大断面温差，尽量减少钢坯氧化烧损。双交叉限幅控制一种温度连续控制方式，本文结合印度电钢蓄热式加热炉项目，介绍了蓄热式加热炉燃烧系统的组成和控制原理；设计了S7-400系列控制系统；阐述了双交叉限幅理论在加热炉温度控制中的应用。针对加热炉温度变化具有时变性、多扰动性，非线性的特点，运用双交叉限幅控制实现了空煤比的自动调节，保证了温度控制的精度，减少了钢坯氧化

3、烧损。关键词：双交叉限幅，炉温控制，PLC-10-北京市中级专业技术资格评审申报论文第-10-页目录摘要II目录III绪论1一、交叉限幅控制简介21、概述22、交叉限幅的方式2（1）单交叉限幅控制2（2）双交叉限幅控制3（3）改进型双交叉限幅控制4二、双交叉限幅控制理论在印度电钢步进式加热炉中的应用41、概述42、燃烧系统简介43、PLC控制系统54、温度过程控制5（1）双交叉限幅升温过程6（2）双交叉限幅降温过程7（3）偏差系数85、项目总结8结论9参考文献10-10-北京市中级专业技术资格评审申报论文第-10-页绪论随着世界人口的不断增加以及国民经济的迅速发展，能源

4、危机日益严峻，开发新能源和节能的研究成为世界各国所关注的课题。冶金工业是耗能大户，其中钢坯加热炉就占钢铁总能耗的25%[1]。因此，提高加热炉的热效率和降低能耗，对于整个钢铁工业节能具有重要意义，在国内外都得到了广泛的重视。同时，随着轧机向大型、连续、高速、高精度和多品种方向发展，对钢坯加热质量的要求也越来越高，从而对加热炉的温度控制也提出了更高的要求。综上所述，从生产和节能的角度出发，钢坯加热炉的生产目标可以概括为以下三个方面：1）钢坯温度达到轧制所需的目标温度，且钢坯断面温差在允许范围之内；2）降低能耗；3）钢坯表面氧化铁皮少[2]。为了满足上述生产目标，国内外加热

5、炉温度控制普遍采用双交叉限幅控制原理。-10-北京市中级专业技术资格评审申报论文第-10-页一、交叉限幅控制简介1、概述加热炉温度控制过程中，助燃空气与煤气的比值称为空煤比。低空煤比的燃烧虽然会带来很多好处，但由于控制过程的瞬态响应、仪表测量误差、煤气热值变化、烧嘴特性、阀门特性、负荷变化等因素有造成空气不足的危险。为了解决这个问题，产生了三种解决空煤比关系的交叉限幅控制方式：单交叉限幅控制、双交叉限幅控制及改进型双交叉限幅控制[3]。2、交叉限幅的方式（1）单交叉限幅控制如图1-1所示，当炉温控制器输出增加时，激活高值选择器HS，使空气流量调节设定值先行升高；当炉温控

6、制器输出减少时，激活低值选择器LS，是煤气流量调节设定值先行降低。这种方式使瞬态响应能保证足够的空气量，但是，煤气与助燃空气两个流量系统的控制响应不同，虽然加有限幅器，振荡仍然比较剧烈。为了减轻振荡和跟踪设定值带来的超调量,在FIC前加有两个设定值滤波器SVF。-10-北京市中级专业技术资格评审申报论文第-10-页图1-1单交叉限幅控制系统1-炉温信号；2-煤气；3-空气；β-理论空煤比；μ-空气过剩系数当负荷增加空气先行时，因空气系统惯性，致使流量实际值来不及变化，低值选择器LS选择FA（1+K1）/βμ作为煤气侧设定值。式中FA为实际空气量，K1为煤气侧设定限幅值，

7、取3%~5%。此时空煤比处于低限，将要发生黑烟。这种现象一直持续到过渡过程结束为止，即煤气侧选择器重新选择炉温控制器TIC的输出;当负荷减少煤气先行时，高值选择器HS选择FF(1-K2)βμ作为空气侧设定值,式中FF为煤气实际流量，K2为空气侧设定限幅值，取3%~5%，空气过剩偏多。这种现象一直持续到过渡过程结束为止，即空气侧的选择器重新选择炉温控制器TIC的输出。单交叉限幅的限幅值K1和K2只限定发烟界限，在负荷突减时空气过剩不受控制，使过渡过程排烟损失和公害变大。和双交叉限幅相比，单交叉限幅的优点是响应速度快。（2）双交叉限幅控制在单