【正文】 ........ 29 變頻器輸出頻率調(diào)節(jié)流程圖 ......................................................................... 30 加壓機(jī)后壓力調(diào)節(jié)流程圖 ............................................................................. 31 PI 調(diào)節(jié)控制流程圖 ........................................................................................ 32 加壓站的生產(chǎn)工藝 ......................................................................................... 32 第 5 章 結(jié)論與展望 .................................................................................................... 36 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 38 致謝 .............................................................................................................................. 40 附錄Ⅰ .......................................................................................................................... 41 附錄Ⅱ .......................................................................................................................... 53 附錄Ⅲ .......................................................................................................................... 54 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 課題背景 煤氣既符合中國(guó)能源安全戰(zhàn)略和環(huán)保政策，又符合相關(guān)燃耗企業(yè)的利益要求，得到了諸如玻璃、陶瓷、冶金、機(jī)械、化工等 燃耗較大的廣泛應(yīng)用。在這種形勢(shì)下，煤氣的合理開(kāi)發(fā)及充分應(yīng)用就顯得極其重要。然而普通煤氣加壓機(jī)系統(tǒng)存在著許多不足之處，作為系統(tǒng)控制參數(shù)煤氣出口壓力未采用自動(dòng)控制方式，人工操作滯后大，不能準(zhǔn)確、及時(shí)的跟隨壓力變化，造成壓力波動(dòng)，影響用戶使用等等。隨 著機(jī)械行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)的不斷發(fā)展，自動(dòng)控制在市場(chǎng)中所占的比重越來(lái)越大。將 PLC 應(yīng)用于該控制，具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單，控制精度高的特點(diǎn)。在控制的 過(guò)程中，煤氣加壓機(jī)可以根據(jù)參數(shù)的修改實(shí)現(xiàn)對(duì)供氣現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)確控制。 國(guó)內(nèi)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煤氣優(yōu)化利用 現(xiàn)狀 由于各地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和地理位置、資金投入力度的差異，使得各地鋼鐵企業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r不盡相同?？傮w說(shuō)來(lái)，沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和部分老的重工業(yè)基地省市的鋼鐵企業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)較高，生產(chǎn)工藝流程先進(jìn)，在經(jīng)濟(jì)效益和資源的合理利用以及可持續(xù)發(fā)展方面走的更遠(yuǎn)。相對(duì)而言，部分內(nèi)陸的鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)含量、生產(chǎn)組織管理方面還亟待提高。具體到對(duì)企業(yè)煤氣資源的合理有效利用層面，國(guó)內(nèi)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的大致?tīng)顩r如下： (1) 生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)煤氣資源的優(yōu)化利用有充分考慮，三種主要的煤氣副產(chǎn)品的管網(wǎng)壓力基本一致，便于不同品種 煤氣的混合；設(shè)置有充足合理的煤氣存儲(chǔ)設(shè)備 (煤氣柜等 )，為煤氣系統(tǒng)的平衡調(diào)節(jié)提供了足夠的緩沖手段；充分考慮了煤氣的熱值問(wèn)題，在混合煤氣加壓之前已經(jīng)使用相關(guān)設(shè)備對(duì)混合煤氣的熱值進(jìn)行較高精度的配比控制，使之更加符合下游生產(chǎn)工序?qū)θ假|(zhì)的質(zhì)量要求。 (2) 各種煤氣副產(chǎn)品的管網(wǎng)壓力不一致，在混合之前需分別進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)；有足夠的煤氣存儲(chǔ)設(shè)備作為系統(tǒng)平衡的緩沖；對(duì)各種煤氣的熱值配比有一定的先行控制但是精度不太高。 (3) 各種煤氣副產(chǎn)品的管網(wǎng)壓力不一致，沒(méi)有足夠的煤氣存儲(chǔ)設(shè)備，對(duì)各種煤氣的熱值配比沒(méi)有進(jìn)行單獨(dú)的先行控制。 上述的三種狀態(tài)代表了目前我國(guó)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)在企業(yè)副產(chǎn)品的綜合利用方面的三種技術(shù)層次，顯然第一種狀況應(yīng)該是各企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，只是由于各企業(yè)的具體條件的差異，需要逐步規(guī)劃實(shí)行。而混合煤氣加壓系統(tǒng)由于處在整個(gè)煤氣 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 平衡系統(tǒng)最為關(guān)鍵的中間過(guò)渡環(huán)節(jié)，其建立或者技術(shù)升級(jí)是刻不容緩的。 混合煤氣加壓系統(tǒng)的作用、特性及研究現(xiàn)狀 在鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)中，高爐、焦?fàn)t和轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的煤氣是重要的高熱值燃料，如排放至大氣，將造成嚴(yán)重的空氣污染；而若將它們收集加以充分利用，作各種工業(yè)燃?xì)饧訜釥t的燃料，其經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的。一般處理過(guò)程是 將產(chǎn)生的各種煤氣分別收集到貯氣罐 (或貯氣塔柜 )中，再用管道傳送到中繼加壓站經(jīng)加壓后供各用戶使用。當(dāng)從一次能源 (如煤 )轉(zhuǎn)換成二次能源 (煤氣 )時(shí)，由于一次能源燃質(zhì)不穩(wěn)，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中必然導(dǎo)致二次能源 (煤氣 )燃質(zhì)也不穩(wěn)，即煤氣燃質(zhì)具有較大的不確定性。用戶要求將燃質(zhì)控制在允許范圍內(nèi)，且將燃?xì)獾膲毫?yán)格穩(wěn)定在指定范圍，以便使用。以鋼鐵企業(yè)的燃?xì)廛堜摷訜釥t為例，它要求送入的燃?xì)馊假|(zhì)和壓力穩(wěn)定，否則燃燒系統(tǒng)很難控制，直接影響軋鋼生產(chǎn)等后續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量。再者，由于受煤氣源和煤氣用戶地理位置的限制，副產(chǎn)煤氣需在各用戶 之間遠(yuǎn)距離的輸送。故此，為保證氣源及熱值的穩(wěn)定，保證管網(wǎng)的煤氣壓力，滿足用戶的要求，應(yīng)建立相應(yīng)的煤氣混合加壓站系統(tǒng)。此舉對(duì)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、減少煤氣放散、降本增效和保護(hù)環(huán)境有著重要的意義?？梢哉f(shuō)，煤氣混合加壓系統(tǒng)是合理利用鋼鐵企業(yè)煤氣資源的重要的中間環(huán)節(jié)，是煤氣從產(chǎn)生過(guò)程到合理利用、消費(fèi)過(guò)程的重要的過(guò)渡過(guò)程。 由于鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程和企業(yè)地理布局的特點(diǎn)以及企業(yè)生產(chǎn)狀況的復(fù)雜多變，要求混合煤氣加壓站控制系統(tǒng)能夠適應(yīng)以下特性： （ 1）在上游用戶、下游用戶的用量變化的作用下進(jìn)站壓力、出站壓力變化無(wú)常。 （ 2）介質(zhì)為氣體 ，變化的過(guò)渡過(guò)程長(zhǎng)。 （ 3）管網(wǎng)的特性變化無(wú)常。 （ 4）系統(tǒng)中有滯后、非線性部件。 顯而易見(jiàn)，我們面對(duì)的是一個(gè)數(shù)學(xué)模型難以確定的，具有大時(shí)滯和非線性部件的復(fù)雜被控對(duì)象。 令人欣慰的是，盡管在煤氣資源的整體綜合利用方面國(guó)內(nèi)各企業(yè)間存在著一定差距，但是混合煤氣加壓系統(tǒng)得到了一致的重視。目前，國(guó)內(nèi)各鋼鐵聯(lián)合企業(yè)幾乎都建立了一個(gè)或數(shù)個(gè)煤氣加壓系統(tǒng)，并且基本上實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的電儀控制升級(jí)到了較為先進(jìn)的 PLC+變頻器控制，有的企業(yè)還實(shí)現(xiàn)了煤氣加壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)和企業(yè)生產(chǎn)管理調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈接，增強(qiáng)了企業(yè)的生產(chǎn)信息化水平。在控制 算法方面，隨著智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，各種先進(jìn)的控制理念在實(shí)際系統(tǒng)重得到了應(yīng)用，取得了很好的效果。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，控制設(shè)備的計(jì)算能力也獲得了空前的提高，使得先進(jìn)控制算法得以充分的實(shí)施，從而提高了系統(tǒng)的控制品質(zhì)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 工業(yè)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為煤氣加壓控制系統(tǒng)更好的融入整個(gè)工廠生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)提供了便利的條件。 本次設(shè)計(jì) 需要對(duì)冷軋煤氣混合加壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)包括：PLC 控制器、各種傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型， PLC 控制器 I/O 端口地址分配及相應(yīng)控制電路設(shè)計(jì)；系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)控制主程序流程、 梯形圖及主要子程序的編寫(xiě)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 方案論證 根據(jù)所給的題目及所要實(shí)現(xiàn)的功能分析得出本次設(shè)計(jì)需要有 四 個(gè)系統(tǒng)回路分別為 熱值調(diào)節(jié) 回路、 混壓調(diào)節(jié) 回路、 加壓機(jī)后壓力（變頻）調(diào)節(jié) 回路 、 加壓機(jī)后壓力（泄放）調(diào)節(jié) 回路 。 系統(tǒng)回路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 熱值是用戶氣源的主要質(zhì)量指標(biāo)之一。 冷軋煤氣 混 合加壓站以高爐煤氣為主氣，它不可控制，取決于用戶用量；焦?fàn)t煤氣為輔氣，要求控制其兩道閥門(mén) ， 使高、焦配比約 4:1。 本回路為一串級(jí)、交叉限幅調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以熱值 調(diào)節(jié)為主環(huán)，焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)為副環(huán)，加入了高焦煤氣流量單交叉限幅。焦?fàn)t煤氣流量的設(shè)定值不單單取決于熱值調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)，而且受到高爐煤氣流量的瞬時(shí)值的限制，即按高、焦理論配比值求出應(yīng)配焦?fàn)t煤氣流量值，乘以 和 作為輸出信號(hào)的上、下限幅值。 該控制思想一則使焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量不至于過(guò)大，從而使高焦配比值在小范圍內(nèi)波動(dòng)；二則使主環(huán)調(diào)節(jié)器不至于產(chǎn)生調(diào)節(jié)飽和，加快了滯后較大的主環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。 熱值調(diào) 節(jié)回路如 圖 所示： 圖 熱值調(diào)節(jié)回路圖 對(duì)此 回路 采用單臺(tái)調(diào)節(jié)器串調(diào)雙閥的控制方案，即在計(jì)算機(jī)中設(shè)置一臺(tái)軟調(diào)節(jié)器，其輸出信號(hào)給到 2 臺(tái)手操器，同時(shí)帶動(dòng) 2 臺(tái)電動(dòng)蝶閥。為防止二閥同時(shí)動(dòng)作造成超調(diào)，將 2 臺(tái)手操器內(nèi)的死區(qū)設(shè)置的有所差別，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出要求的閥位—— —— 焦?fàn)t氣調(diào)節(jié)器 熱值調(diào)節(jié)器 焦?fàn)t氣閥 焦?fàn)t氣流量 焦氣量 熱值 熱值儀 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 信號(hào)與實(shí)際閥位反饋信號(hào)出現(xiàn)偏差時(shí)，死區(qū)小的手操器（電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）首先動(dòng)作，若偏差不大時(shí)，就能糾正過(guò)來(lái)；當(dāng)調(diào)節(jié)量不夠時(shí)，偏差增大，死區(qū)大的手操器（電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）也動(dòng)作，加大調(diào)節(jié)力度，使系統(tǒng)迅速回到穩(wěn)定狀態(tài)上。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較大偏差時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)同時(shí)超出二者死區(qū)范圍的現(xiàn)象，則二閥一同動(dòng)作，使 偏差迅速減小到一定范圍，此時(shí)大死區(qū)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥停止動(dòng)作，剩余的小偏差靠死區(qū)小的調(diào)節(jié)閥來(lái)進(jìn)一步精調(diào)到位。 回路 混壓調(diào)節(jié)在實(shí)際中既影響熱值、又影響加壓機(jī)后壓力。所以，混壓調(diào)節(jié)不好，則熱值調(diào)節(jié)、加壓機(jī)后壓力調(diào)節(jié)都無(wú)從談起。本回路為一串級(jí)隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在控制回路中建立數(shù)學(xué)模型，煤氣混合壓力的設(shè)定值隨著高、焦氣源的壓力波動(dòng)而自動(dòng)計(jì)算設(shè)定，同時(shí)又加以上下限幅，使工藝操作變得更加合理。從熱值的穩(wěn)定方面來(lái)看，機(jī)前混壓能夠隨高、焦煤氣壓力波動(dòng)而適時(shí)適度地調(diào)整，保證了焦?fàn)t煤氣能夠按所需的量順利配人；從加壓機(jī) 后壓力的穩(wěn)定方面來(lái)看，機(jī)前壓力變化范圍不至于太寬，減少了對(duì)加壓機(jī)后出口壓力調(diào)節(jié)的干擾。 混壓調(diào)節(jié)回路如圖 所示 圖 混壓調(diào)節(jié)回路圖 混壓調(diào)節(jié)就是控制高爐煤氣的兩道閥門(mén)。為了避免 “瓶頸 ”，同樣如上所述，也采用了一臺(tái)軟調(diào)節(jié)器控制 2 臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的方式，減少對(duì)機(jī)后出口壓力調(diào)節(jié)的干擾。 （變頻）調(diào)節(jié) 加壓機(jī)后壓力是用戶氣源的主要質(zhì)量指標(biāo)之一，本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其設(shè)定值為 ，當(dāng)加壓機(jī)后出口壓力升高／降低時(shí)， 增大／減小變頻器的輸出頻率。從而改變加壓機(jī)的轉(zhuǎn)速，以 “變 ”求 “穩(wěn) ”。在計(jì)算機(jī)和變頻器上都設(shè)置了最低運(yùn)行頻率，從而保證出口壓不至于太低，也保證了自帶油泵能夠給給定值 —— 壓力 控制 器 調(diào)節(jié)器 壓力變送器 混合煤氣量 控制器 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 出足夠的油壓油量，以免燒壞軸瓦。這兩個(gè)頻率運(yùn)行下限是保