【正文】 煤和煤氣的特性要求火道溫度應(yīng)達(dá)到一定程度。而加熱控制的需要足量、準(zhǔn)確、可靠的測量溫度是非常必要的。同時(shí)當(dāng)焦?fàn)t周轉(zhuǎn)時(shí)間、裝煤爐參數(shù)、焦餅中心溫度調(diào)整時(shí)，立火道目標(biāo)溫度也需要適時(shí)地調(diào)整。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 吸 力 控制 器立 火 道溫 度 軟測 量 模型溫 度 控制 器混 煤 壓控 制 器炭化室炭化室炭化室燃燒室燃燒室燃燒室焦 爐 煤 氣焦 爐 煤 氣高 爐 煤 氣高 爐 煤 氣S P 1 S P 1 P V 1P V 2S P 2—P V 3立 火 道 溫 度 設(shè) 定蓄 頂 溫 度. . .. . .. . .焦?fàn)t混合罐混合罐圖 焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)示意圖 溫度控制策略設(shè)計(jì) 立火道溫度控制分為內(nèi)外兩個(gè)回路 :溫度控制回路和壓力控制回路。當(dāng)立火道溫度與設(shè)定溫度之間存在偏差時(shí)，溫度控制回路在考慮加熱煤氣種類、熱值等參數(shù)的情況下， 設(shè)定 爐溫相應(yīng)增減所需改變的煤氣供熱量。通過調(diào)節(jié)煤氣閥門的開度，控制煤氣的供熱量為一個(gè)合適的值。 過程參數(shù)檢測 要實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制首先要獲得所必需的過程參數(shù)的實(shí)時(shí)值，主要是煤氣流量、壓力、吸力、溫度等過程量的檢測。另一種是間接法，通過在一定數(shù)量的機(jī)焦側(cè)蓄熱室頂部插入熱電偶，由火道溫度軟測量模型，得到焦側(cè)直行溫度和機(jī)側(cè)直行溫度。 立火道溫度軟測量 隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)過程的日益復(fù)雜，為確保生產(chǎn)裝置安全、高效地運(yùn)行，需要對(duì) 與 系統(tǒng)的穩(wěn)定及產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)的重要過程變量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和優(yōu)化控制。軟測量器估計(jì)值可作為控制系統(tǒng)的被控變量或反映過程特征的工藝參數(shù)，為優(yōu)化控制與決策提供重要的信息。目前檢測焦?fàn)t立火道溫度的主要方法是在焦?fàn)t適當(dāng)?shù)胤桨惭b熱電偶，以熱電偶實(shí)測溫度間接反映焦 爐的立火道溫度。 立火道溫度軟測量模型的建立 經(jīng)典的回歸分析方法在軟測量技術(shù)中有著極其廣泛的應(yīng)用。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 基于回歸分析 的軟測量具有簡單實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用相當(dāng)廣泛，但是通常需要大量的數(shù)據(jù)樣本。設(shè) y 為火道溫度實(shí)測值， x1， x2， … ， x6 為對(duì)應(yīng)時(shí)段的六支蓄頂溫度值，并對(duì) （ x1， x2， … ，x6， y） 作 n(n7)次試驗(yàn)，就可以得到一個(gè)容量為 n 的樣本和一個(gè)有限樣本模型 ????????????????????????????????????????????????????????nnnnn xxxyxxxyxxxy6622110226622221102116612211101 （ ） 其中 :?1 ， ?2 ， … ， ?n 相互獨(dú)立且與 ? 同分布。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 一元回歸模型對(duì)熱電偶每分鐘采 集到的蓄頂溫度進(jìn)行判斷，將其中不合格的數(shù)據(jù)剔除，對(duì)合格的蓄頂溫度數(shù)據(jù)求取平均，得到一元回歸模型中的自變量 xi ，然后將蓄頂溫度平均值與對(duì)應(yīng)時(shí)刻的火道溫度 Yi 構(gòu)成回歸樣本 （ xi ， Yi ） 。 記六元、一元線性回歸模型的輸出分別為 ?Y6 和 ?Y1 ，對(duì)這兩個(gè)值進(jìn)行加權(quán)組合，得到線性回歸模型預(yù)測值 : ??? ?? YYTreg 16 ?? （ ） 式 ()中， 1???? ，且 ??0 ， 1?? 。 蓄頂溫度檢測點(diǎn)設(shè)置 為了對(duì)焦?fàn)t均勻加熱、方便檢查和控制，每個(gè)燃燒室的機(jī)、焦側(cè)各選擇一個(gè)立火道作為測溫火道，其溫度分別代表機(jī)、焦側(cè)溫度，這兩個(gè)火道稱為測溫火道或標(biāo)準(zhǔn)火道。直行溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之間有個(gè)差值，這個(gè)差值是由于直行溫度測溫點(diǎn)與立火道溫度最高點(diǎn)有大約 1 米的距離造 成的。所以只能通過間接測量的辦法實(shí)現(xiàn)。圖 還表示了煤氣流經(jīng)焦?fàn)t的途徑?？梢钥闯雒簹鈴牡撞啃顭崾伊魅牒?(如圖中 6 號(hào)蓄熱室情形 )，會(huì)進(jìn)入兩側(cè)的燃燒室進(jìn)行燃燒。如果燃燒后的廢氣溫度降低，則蓄熱室的溫度也相應(yīng)降低。 煤氣和空氣經(jīng)蓄熱室預(yù)熱后進(jìn)入燃燒室擴(kuò)散燃燒，產(chǎn)生的熱量經(jīng)爐墻傳給炭化室，煤在炭化室中進(jìn)行高溫干餾，形成焦炭，燃燒產(chǎn)生的廢氣經(jīng)蓄熱室余熱回收后排放，每隔 30 分鐘交換一次煤氣與廢氣的流向。 推焦串序通常表示為 mn， m 代表一座焦?fàn)t所有炭化室劃分的組數(shù) (箋號(hào) )，也即相鄰兩次推焦間隔的爐孔數(shù) ； n 代表兩趟箋號(hào)對(duì)應(yīng)炭化室相隔的數(shù)。 但在機(jī)焦側(cè)各裝 6 個(gè)測溫?zé)犭娕嫉那闆r下，第 2 條原則不重要，這樣選取的六個(gè)典型蓄頂?shù)木幪?hào)為 1 2 3 4 51， 以此溫度為基礎(chǔ)，建立立火道溫度軟測量模內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 型預(yù)測全爐火道的平均溫度。 PLC 可以通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；功能完善，適用性強(qiáng)， PLC 發(fā)展至今，已形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。模塊化，無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得 S7300 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。 當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大 并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對(duì) PLC 進(jìn)行擴(kuò)展 。根據(jù)控制系統(tǒng)需要，電源模塊采用IEA03。電壓等級(jí)可以是 l~5V、 士 5V、 士 10V，電流等級(jí)可以是 4~20mA， 士 20mA。電壓輸出電壓等級(jí)可以是 1~5 V、士 10 V， 電流輸出電流等級(jí)可以是 4~20mA，士 20mA。本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了模塊點(diǎn)數(shù)的冗余。監(jiān)控站可通過基于 TCP/PI 協(xié)議的 Ether 網(wǎng)與標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)控制，過程控制和信息管理的自動(dòng)化。如把熱電偶的兩個(gè)冷端也連接起來則形成一個(gè)閉合回路，如圖 所示： tt 0t 0CAB 圖 熱電偶回路 則當(dāng)熱端溫度和冷端溫度不相等，即 t≠t0 時(shí)，回路中有電流流過，這說明在回路中產(chǎn)生了電動(dòng)勢，由于熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同而產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為熱電 (動(dòng) )勢，上述現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，或稱塞貝克效應(yīng)。 當(dāng) t0 為一定時(shí) , CteAB ?)( 0 為常數(shù)。 S 型熱電偶和 B 型熱電偶都能滿足測溫要求，但 S 型熱電偶較 B 型熱電偶價(jià)格低廉 ， S 型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫區(qū)寬，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 在 焦?fàn)t加熱控制 系統(tǒng)中使用 了 溫度控制器，混煤壓控制器，吸力控制器?？刂茐K是純軟件控制器，在其中，一 個(gè)塊就包含了控制器的全部功能。 煙道吸力的控制屬于壓力控制器的一部分，通過控制分煙道擋板的開度，控制空氣的進(jìn)入量，保證 煤氣的充分燃燒。選用時(shí)根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)壓力檢測的要求、被檢測介質(zhì) 的特性、現(xiàn)場使用的環(huán)境等條件本著節(jié)約的原則合理地考慮儀表的類型、量程等。 流量計(jì) 流量計(jì)的選擇在本系統(tǒng)顯得極為重要，不論是焦?fàn)t煤氣量還是高爐煤氣量的控制都要用到流量計(jì)。 測量流量的儀表如此多的原因就是至今還沒有一種儀表可以對(duì)任何流體、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)及在任何條件下使用的流量儀表。 焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣具有管徑大、流速低、粉塵大、易堵塞等特點(diǎn)，因此采用煤氣流量計(jì) 測量流量 。它是基于負(fù)反饋原理工作的，如圖 所示。 溫度變送器與各種熱電偶或熱電阻 配合使用，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，作為指 示 記錄儀和控制器的輸入信號(hào)。后兩種則分別與熱電偶和熱電阻相配合，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一輸出信號(hào)。 執(zhí)行器 執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。 由于執(zhí)行器 安裝在現(xiàn)場，現(xiàn)場的煤氣管道周圍空氣中的煤氣含量較高，若采用電動(dòng)執(zhí)行器容易引起爆炸，所以本系統(tǒng)使用氣動(dòng)執(zhí)行器。活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是輸出推力大，行程長，但價(jià)格較高，只用于特殊需要的場合。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)又稱控制閥（調(diào)節(jié)閥），它和普通閥門一樣，是一個(gè)局部阻力可變的節(jié)流元件。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是采用 MCGS 組態(tài)軟件和西門子 PLC S7300 系列編程軟件的 STEP7 標(biāo)準(zhǔn)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 STEP7 中集成的 SIMATIC 編程語言和語言表達(dá)式，符合 EN611313或 IEC11313 標(biāo)準(zhǔn)。焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面是采用動(dòng)畫顯示畫面對(duì)焦?fàn)t加熱過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面還設(shè)計(jì)了報(bào)警 指示燈和報(bào)警數(shù)據(jù)顯示。如圖 和 所示： 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 實(shí)時(shí)曲線圖 圖 歷史曲線圖 。當(dāng)數(shù)據(jù)對(duì)象的值或狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫判斷對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)象是否發(fā)生了報(bào)警或已產(chǎn)生的報(bào)警是否已經(jīng)結(jié)束，并把所產(chǎn)生的報(bào)警信息通知給系統(tǒng)的其他部分，同時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫根據(jù)報(bào)警的組態(tài)設(shè)定，把報(bào)警信息存入指定的存盤數(shù)據(jù)庫文件中。前一部分類似于“畫畫”，通過 MCGS組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動(dòng)畫構(gòu)件庫，在用戶窗口內(nèi)“組合 ” 成焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)畫面。 上位機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 上位機(jī) 工作平臺(tái) 由焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面和 數(shù) 據(jù) 顯示畫面組成。 MCGS 具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵等行業(yè)，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。 閥的 結(jié) 構(gòu)形式很多，其中蝶閥的結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、流通能力大，特別的適用于低差壓、大口徑、大流量氣體和帶有懸浮物流體的場合。氣動(dòng)執(zhí)行 機(jī)構(gòu) 的作用方式分為氣開式和氣關(guān)式兩種。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩種。執(zhí)行器按其使用的能源可分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)三大類。四線制溫 度變送器具有如下特點(diǎn)：在熱電偶溫度變送器中采用了線性化電路，從而使變送器的輸出信號(hào)和被測信號(hào)呈線性關(guān)系，便于指示和記錄；變送器的輸入與輸出之間具有隔離變壓器，并采取了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干擾內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 性能，且能測量來自危險(xiǎn)場所的直流毫伏信號(hào)或溫度信號(hào)。 溫度變送器有兩線制和四線制之分，各類變送器又有三個(gè)品種，即直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器。其中擴(kuò)散硅式差壓變送器是無杠桿變送器，它采用硅杯壓阻傳感器為敏感元件，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，精度也較高。適用于各種純凈、贓污及腐蝕性煤氣的測量， 其 典型應(yīng)用：高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣等煤氣介質(zhì)的測量。按測量對(duì)象劃分就有封閉管道和明渠兩大類；按測量目的又可分為總量測量和流量測量，其儀表分別稱作總量表和流量計(jì)；按測量原理又可分為力學(xué)原理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原理、電學(xué)原理、光學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。 流量測量的方法和儀表的種 類繁多，而且分類方法也很多。分煙道溫度特別高， 為了克服溫度對(duì)壓阻元件靈敏度的影響，應(yīng)使用壓阻式壓力傳感器測量分煙道吸力。吸力控制器也采用 PI 控制規(guī)律由 PLC 編程實(shí)現(xiàn)。其控制目標(biāo)為控制 混合煤氣 閥門開度，保證混合煤氣壓力的穩(wěn)定 。 根據(jù)此溫度的特點(diǎn)，采用 S7300PLC 的步進(jìn)溫度控制器 FB 59 TCONT_S。 故本設(shè)計(jì)使用 S 型熱電偶測量蓄頂溫度。蓄頂溫度在鉑銠 10鉑熱電偶（ S 型）、鉑銠 30鉑銠 6 熱電偶（ B 型）和鎳鉻 鎳硅熱電偶（ K 型）的最大測溫范圍之內(nèi)。 由熱電效應(yīng)可知，閉合回路中所產(chǎn)生的熱電勢有兩部分組成，即接觸電勢和溫差電勢，總電勢由 （ ） 式給出。焊接起來的一端置于被測溫度 t 處，稱為熱電偶的熱端 (或稱測量端、工作端 )。其優(yōu)越的系統(tǒng)性能、靈活的擴(kuò)展性及特殊 的監(jiān)控功能使其普遍適用于各種工業(yè)場合，特別是那些對(duì)功能和操作可靠性有嚴(yán)格要求的場合。數(shù)字量輸 出 模塊采用 1 塊直流 24 伏 16 點(diǎn)輸出模塊 SM 322 DO16*DC24V/（ 1BL00） 共計(jì) 2 點(diǎn)。模擬量輸出模塊將從 S7300來的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為過程用模擬量信號(hào)。模擬量輸入模塊采用 9 塊 SM 331 AI8*16Bit（ 7KF02） 輸入模塊共計(jì) 69 點(diǎn)。 西門子 S7300 的功能可以完成所有的邏輯控制、數(shù)據(jù)采集與處理等功能，以及實(shí)時(shí)監(jiān) 測 功能， 因此本設(shè)計(jì)選取西門子公司生產(chǎn)的 S7300 系列 PLC。 多 種規(guī)格的處理器 ,系統(tǒng)采用獨(dú)特的導(dǎo)軌安裝 ； 高速的指令處理 ,可滿足快速程序控制要求 。這些特點(diǎn)使其很容易裝入機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)部，組成機(jī)電一體化設(shè)備 [8]。令一方面體現(xiàn)在擴(kuò)展的靈活性，它可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模進(jìn)行容量、功能和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，甚至可以通過與集散控制系統(tǒng)或其它上位機(jī)的通信來擴(kuò)展功能，并與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換；易于安裝、調(diào)試、維修，在安裝時(shí)，由于 PLC 的 I/O 接口已經(jīng)做好，因此可以直接和外圍設(shè)備相連，而不再需要專用的接口電路。但是考慮到連續(xù)的幾個(gè)蓄頂無法反映整個(gè)焦?fàn)t的爐況，并且推焦時(shí)相鄰的兩個(gè)蓄頂溫度會(huì)同時(shí)受到影響，所以確立了以下四個(gè)選取典型蓄頂?shù)脑瓌t : (1)熱電偶盡量不安裝在邊火道蓄頂，因?yàn)檫吇鸬赖臏囟纫话惚容^低，與一般的火道溫度有較大差異， 不能反應(yīng)當(dāng)前全爐的生產(chǎn)狀況 ； (2)按照推焦順序間隔盡量均勻，主要是由于熱電偶集中在某個(gè)推焦串序，那么這些熱電偶相關(guān)的炭化室就會(huì)連續(xù)推焦或者全部處于結(jié)焦末期，導(dǎo)致測得的溫度全