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1、鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 IV 页双交叉限幅控制在加热炉燃烧控制系统中的应用摘要本文主要研究鞍钢大型厂加热炉燃烧控制系统。鞍钢大型厂加热炉为步进式加热炉，沿长度方向分为预热段、加热段、均热段三个加热段。根据工艺要求可将加热炉检测和控制系统分为加热炉温度控制、检测系统，助燃空气、混合煤气管道压力控制、检测系统，汽化冷却控制系统等。其中加热炉各段温度的优化设定和自动控制是主要控制目标。设计中采用了双交叉限幅控制原理实现加热炉燃烧的自动控制，即以炉膛各段的温度作为调节信号，控制煤气调节阀的开度，以保证相应的燃烧所需煤气的量；同时以煤气流量作为调节信号，按最佳空燃比控制空气调节阀开度，保
2、证相应的燃烧所需的空气量。采用了双交叉限幅控制方式后提高了系统空燃比的稳定性，增强了炉温的控制效果，并且极大地减少了有害气体的对外排放，达到节能和环保的目的。设计中采用美国AB公司的ControlLogix5000系列可编程控制器组成分散式控制系统，完成各工艺参数检测和控制，实现了加热炉计算机监控和数据采集，解决了加热炉燃烧过程普遍存在的能耗高，钢坯温度波动严重，温度控制不精确等问题。关键词：加热炉，双交叉限幅，PLC控制器，温度控制The Application of Double Cross-Limit in the Control System of Reheating FurnaceA
3、bstractThe main research of this paper is about the An Shan Iron and Steel Company large-scale factory reheating furnace combustion control system. The An Shan Iron and Steel Company Large-scale Factory reheating furnace is the walking beam reheating furnace, divides into the preheating station, the
4、 heating zone, the even heating station along the length direction. According to the technological requirements, the reheating furnace examination and the control system are divided into the reheating furnace temperature control, the examination system, the combustion air, the combination gas pipeli
5、ne pressure control, the examination system, the vaporization cooling control system and so on. Each section of temperature optimized hypothesis and the automatic control in the reheating furnace are the primary controlling goals. The system has used the double-cross limit control principle realizat
6、ion reheating furnace burning automatic control. The system put each section temperature as the adjustment signal，controlled gas regulating valve opening, and guaranteed corresponding gas the quantity which burning needed. At the same time, put gas flow as regulating signal, control opening degree o
7、f air regulating valve according to the best burning ratio. After applying double-cross limit control mode, it can reduce the emission of noxious gas. It can also achieve the energy conservation and the environmental protection goal. Besides, it can improve the stability of air-fuel ratio and the ef
8、fect of the furnace temperature controlling in the system.The system applies the Control Logix5000 series programmable controller composition distributed control system in American A-B Corporation to complete various crafts parameter examination and control and to monitor the computer and to collect
9、 the data. So the problem about the heating furnace combustion process is universal high, the billet temperature fluctuation is serious, the precision of temperature control and forth on are solved.Key words：Reheating furnace, doublecross limit, PLC, temperature control目 录摘要I1绪论11.1 步进式加热炉简介和工艺特点11.
10、2加热炉控制技术应用现状11.3加热炉燃烧控制系统研究内容及方法32加热炉的控制系统总体设计42.1钢坯加热的工艺过程42.2加热炉主要检测项目52.2.1煤气与空气压力检测62.2.2煤气流量检测72.2.3炉膛内温度检测72.3加热炉主要调节项目73加热炉燃烧控制系统设计83.1加热炉燃烧控制的理念83.2单交叉限幅控制83.3双交叉限幅控制93.4改进型双交叉限幅控制113.5本文采用的控制设计114计算机控制系统设计134.1系统构成和配置134.2系统功能144.3系统软件介绍144.3.1系统软件梯形图154.3.2系统软件指令介绍164.4系统软件编程设计204.4.1热电偶温度
11、控制设计204.4.2煤气流量温度/压力补正214.4.3比例积分微分控制器224.4.4双交叉限幅控制的软件编程23结论26致谢27参考文献28附录A（软件程序）291绪论1.1 步进式加热炉简介和工艺特点加热炉是轧钢生产中的重要设备。在轧钢厂的热轧生产中，必须将要轧制的钢锭或钢坯加热到一定的温度，使其具有一定的可塑性后进行轧制。目前，轧钢生产中的加热炉主要为步进式加热炉和推钢式加热炉两种。步进式加热炉是一种节能高效的加热炉，其工作炉膛分为预热段、加热段、均热段，使用的燃料为煤气。步进式加热炉有推钢式加热炉无法比拟的优点：不拱钢，不粘钢，氧化烧损小，脱碳少，加热时间短，加热操作灵活，易于和轧
12、制节奏相匹配，加热过程中不划伤，炉子长度不受限制等，易于实现自动控制。加热炉内钢料温度的优化设定和加热炉自动化控制水平直接影响到能耗，烧损率，废钢率，产量，质量等指标。步进式炉在提高坯料加热质量，减少温度差方面采取了有效措施：（1）下加热段由初期的侧面供热改成端部供热；（2）均热段和加热段纵向支承梁在炉宽方向错开一段距离以减少水管黑印；（3）增大纵向支承梁上垫块（或骑卡件）高度以减少水管对坯料的遮蔽作用，减少垫块宽度以减少水管对坯料的冷却作用，从而减少水管黑印，金属陶瓷块已开始作用；（4）步进梁对坯料实现轻抬轻放；（5）细长的方坯出料时，配置带4-5挑杆的托出机，在激光装置监视下将方坯托到悬臂
13、辊上1。1.2加热炉控制技术应用现状 随着计算机软、硬件技术与智能控制技术的发展，一些先进的科技手段已成功地应用于加热炉的炉温控制中。目前，计算机自动控制系统在国内外的各钢铁企业得到了非常广泛的应用，并且，作为钢铁工业强国的日本、美国等国家已有了将专家系统和模糊控制应用于钢厂加热炉燃烧控制和炉温控制的报道。国内在加热炉自动控制方面的研究起步较晚，但发展速度很快，随着工业计算机的逐渐普及和自动控制技术在钢铁企业的应用日趋广泛，加热炉控制理论的研究日渐深入，已经成为自动控制技术工业应用研究的重要领域，并且取得了能够进行实际应用的研究成果2。表1.1和表1.2分别对国外和国内加热炉温度控制技术的应用
14、进行了概括和总结。从两表比较中不难发现，国内企业加热炉温度控制技术与国外企业相比还有很大差距。目前，制约国内加热炉控制技术发展的因素主要有以下几方面3：(1)国内大部分钢铁企业的加热炉计算机控制系统基本上都是引进国外的成套设表1.1国外钢铁企业加热炉温度控制技术的应用情况钢 厂 采用的温度控制技术及应用情况Essar钢厂 开发了加热炉温度控制模型RTC系统，可在线模拟钢坯升温与降温过程，完成加热炉与轧机的节奏匹配、钢坯加热过程优化、各加热区温度设定点计算及制定待轧策略等功能。日本川崎钢铁厂 开发了加热炉燃烧控制专家系统，与数学模型相结合，系统采用线形规划、优化模型计算机满足出钢温度和时间的升温
15、模式，用专家系统选择优化模型的目标函数和约束条件，确定设定温度。新西兰Hoogovens钢厂 采用热传导微分方程进行钢温预报、炉温优化控制、空燃比控制、推钢速率控制和直接燃烧控制。瑞典DOMNARVET钢厂 实现了计算机在先最优控制，包括最佳加热曲线的确定和最优炉温控制。美国Yamatake Honeywell公司 步进辐射式加热炉全自动燃烧控制系统具有过程温度控制作业顺序管理、钢坯跟踪及生产管理功能。表1.2国内钢铁企业加热炉温度控制技术的应用情况4钢 厂 采用的温度控制技术及应用情况 采用分区控制策略，把PID控制、强比例控制，马鞍山钢铁公司 与Fuzzy控制相结合的复合控制系统，三者之间转换条件是炉温设定值与实际值的温度偏差e，温度上下限通过分析现场数据确定。莱芜特钢厂 以NEUROSHELL神经元网络为基本开展平台，采用BP网络中带阻尼反馈的recurrent网络的寻优功能寻找最佳空燃比。投入运行后取得良好控制效果，炉温控制精度在设定值10上海宝钢158
