【正文】 煤和煤氣的特性要求火道溫度應(yīng)達到一定程度。而加熱控制的需要足量、準確、可靠的測量溫度是非常必要的。同時當焦爐周轉(zhuǎn)時間、裝煤爐參數(shù)、焦餅中心溫度調(diào)整時，立火道目標溫度也需要適時地調(diào)整。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 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. . .. . .. . .焦爐混合罐混合罐圖 焦爐加熱控制系統(tǒng)示意圖 溫度控制策略設(shè)計 立火道溫度控制分為內(nèi)外兩個回路 :溫度控制回路和壓力控制回路。當立火道溫度與設(shè)定溫度之間存在偏差時，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合適的值。 過程參數(shù)檢測 要實現(xiàn)溫度自動控制首先要獲得所必需的過程參數(shù)的實時值，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、高效地運行，需要對 與 系統(tǒng)的穩(wěn)定及產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)的重要過程變量進行實時控制和優(yōu)化控制。軟測量器估計值可作為控制系統(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。目前檢測焦爐立火道溫度的主要方法是在焦爐適當?shù)胤桨惭b熱電偶，以熱電偶實測溫度間接反映焦 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 說明書（畢業(yè) 論文 ） 基于回歸分析 的軟測量具有簡單實用的優(yōu)點，所以應(yīng)用相當廣泛，但是通常需要大量的數(shù)據(jù)樣本。設(shè) y 為火道溫度實測值， x1， x2， … ， x6 為對應(yīng)時段的六支蓄頂溫度值，并對 （ x1， x2， … ，x6， y） 作 n(n7)次試驗，就可以得到一個容量為 n 的樣本和一個有限樣本模型 ????????????????????????????????????????????????????????nnnnn xxxyxxxyxxxy6622110226622221102116612211101 （ ） 其中 :?1 ， ?2 ， … ， ?n 相互獨立且與 ? 同分布。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 一元回歸模型對熱電偶每分鐘采 集到的蓄頂溫度進行判斷，將其中不合格的數(shù)據(jù)剔除，對合格的蓄頂溫度數(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應(yīng)時刻的火道溫度 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 ，對這兩個值進行加權(quán)組合，得到線性回歸模型預(yù)測值 : ??? ?? YYTreg 16 ?? （ ） 式 ()中， 1???? ，且 ??0 ， 1?? 。 蓄頂溫度檢測點設(shè)置 為了對焦爐均勻加熱、方便檢查和控制，每個燃燒室的機、焦側(cè)各選擇一個立火道作為測溫火道，其溫度分別代表機、焦側(cè)溫度，這兩個火道稱為測溫火道或標準火道。直行溫度與標準溫度之間有個差值，這個差值是由于直行溫度測溫點與立火道溫度最高點有大約 1 米的距離造 成的。所以只能通過間接測量的辦法實現(xiàn)。圖 還表示了煤氣流經(jīng)焦爐的途徑?？梢钥闯雒簹鈴牡撞啃顭崾伊魅牒?(如圖中 6 號蓄熱室情形 )，會進入兩側(cè)的燃燒室進行燃燒。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)熱后進入燃燒室擴散燃燒，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 代表一座焦爐所有炭化室劃分的組數(shù) (箋號 )，也即相鄰兩次推焦間隔的爐孔數(shù) ； n 代表兩趟箋號對應(yīng)炭化室相隔的數(shù)。 但在機焦側(cè)各裝 6 個測溫熱電偶的情況下，第 2 條原則不重要，這樣選取的六個典型蓄頂?shù)木幪枮? 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 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)的運行狀態(tài)；功能完善，適用性強， 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)，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得 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)濟的解決方案。 當任務(wù)規(guī)模擴大 并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加模塊對 PLC 進行擴展 。根據(jù)控制系統(tǒng)需要，電源模塊采用IEA03。電壓等級可以是 l~5V、 士 5V、 士 10V，電流等級可以是 4~20mA， 士 20mA。電壓輸出電壓等級可以是 1~5 V、士 10 V， 電流輸出電流等級可以是 4~20mA，士 20mA。本系統(tǒng)硬件設(shè)計時已經(jīng)考慮了模塊點數(shù)的冗余。監(jiān)控站可通過基于 TCP/PI 協(xié)議的 Ether 網(wǎng)與標準的計算機網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)基礎(chǔ)控制，過程控制和信息管理的自動化。如把熱電偶的兩個冷端也連接起來則形成一個閉合回路，如圖 所示： tt 0t 0CAB 圖 熱電偶回路 則當熱端溫度和冷端溫度不相等，即 t≠t0 時，回路中有電流流過，這說明在回路中產(chǎn)生了電動勢，由于熱電偶兩個接點處的溫度不同而產(chǎn)生的電動勢稱為熱電 (動 )勢，上述現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，或稱塞貝克效應(yīng)。 當 t0 為一定時 , 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 型熱電偶價格低廉 ， S 型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫區(qū)寬，使用壽命長等優(yōu)點。 在 焦爐加熱控制 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，控制空氣的進入量，保證 煤氣的充分燃燒。選用時根據(jù)生產(chǎn)工藝對壓力檢測的要求、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 流量計的選擇在本系統(tǒng)顯得極為重要，不論是焦爐煤氣量還是高爐煤氣量的控制都要用到流量計。 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任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)及在任何條件下使用的流量儀表。 焦爐煤氣和高爐煤氣具有管徑大、流速低、粉塵大、易堵塞等特點，因此采用煤氣流量計 測量流量 。它是基于負反饋原理工作的，如圖 所示。 溫度變送器與各種熱電偶或熱電阻 配合使用，將溫度信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準信號，作為指 示 記錄儀和控制器的輸入信號。后兩種則分別與熱電偶和熱電阻相配合，將溫度信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一輸出信號。 執(zhí)行器 執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(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，若采用電動執(zhí)行器容易引起爆炸，所以本系統(tǒng)使用氣動執(zhí)行器?；钊綀?zhí)行機構(gòu)的特點是輸出推力大，行程長，但價格較高，只用于特殊需要的場合。 調(diào)節(jié)機構(gòu)又稱控制閥（調(diào)節(jié)閥），它和普通閥門一樣，是一個局部阻力可變的節(jié)流元件。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計 焦爐加熱控制系統(tǒng)軟件設(shè)計是采用 MCGS 組態(tài)軟件和西門子 PLC S7300 系列編程軟件的 STEP7 標準軟件進行設(shè)計的。 STEP7 中集成的 SIMATIC 編程語言和語言表達式，符合 EN611313或 IEC11313 標準。焦爐加熱控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面是采用動畫顯示畫面對焦爐加熱過程的實時監(jiān)控。 焦爐加熱控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面還設(shè)計了報警 指示燈和報警數(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 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 實時曲線圖 圖 歷史曲線圖 。當數(shù)據(jù)對象的值或狀態(tài)發(fā)生改變時，實時數(shù)據(jù)庫判斷對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象是否發(fā)生了報警或已產(chǎn)生的報警是否已經(jīng)結(jié)束，并把所產(chǎn)生的報警信息通知給系統(tǒng)的其他部分，同時，實時數(shù)據(jù)庫根據(jù)報警的組態(tài)設(shè)定，把報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畫構(gòu)件庫，在用戶窗口內(nèi)“組合 ” 成焦爐加熱控制系統(tǒng)畫面。 上位機軟件系統(tǒng)設(shè)計 上位機 工作平臺 由焦爐加熱控制系統(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、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵等行業(yè)，經(jīng) 過各種現(xiàn)場的長期實際運行，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。氣動執(zhí)行 機構(gòu) 的作用方式分為氣開式和氣關(guān)式兩種。氣動執(zhí)行機構(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、電動和液動三大類。四線制溫 度變送器具有如下特點：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和被測信號呈線性關(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 說明書（畢業(yè) 論文 ） 性能，且能測量來自危險場所的直流毫伏信號或溫度信號。 溫度變送器有兩線制和四線制之分，各類變送器又有三個品種，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，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、焦爐煤氣、發(fā)生爐煤氣等煤氣介質(zhì)的測量。按測量對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；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 編程實現(xiàn)。其控制目標為控制 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，采用 S7300PLC 的步進溫度控制器 FB 59 TCONT_S。 故本設(shè)計使用 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，特別是那些對功能和操作可靠性有嚴格要求的場合。數(shù)字量輸 出 模塊采用 1 塊直流 24 伏 16 點輸出模塊 SM 322 DO16*DC24V/（ 1BL00） 共計 2 點。模擬量輸出模塊將從 S7300來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為過程用模擬量信號。模擬量輸入模塊采用 9 塊 SM 331 AI8*16Bit（ 7KF02） 輸入模塊共計 69 點。 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，以及實時監(jiān) 測 功能， 因此本設(shè)計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 。這些特點使其很容易裝入機械結(jié)構(gòu)內(nèi)部，組成機電一體化設(shè)備 [8]。令一方面體現(xiàn)在擴展的靈活性，它可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模進行容量、功能和應(yīng)用范圍的擴展，甚至可以通過與集散控制系統(tǒng)或其它上位機的通信來擴展功能，并與外圍設(shè)備進行數(shù)據(jù)的交換；易于安裝、調(diào)試、維修，在安裝時，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)的幾個蓄頂無法反映整個焦爐的爐況，并且推焦時相鄰的兩個蓄頂溫度會同時受到影響，所以確立了以下四個選取典型蓄頂?shù)脑瓌t : (1)熱電偶盡量不安裝在邊火道蓄頂，因為邊火道的溫度一般比較低，與一般的火道溫度有較大差異， 不能反應(yīng)當前全爐的生產(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推焦串序，那么這些熱電偶相關(guān)的炭化室就會連續(xù)推焦或者全部處于結(jié)焦末期，導(dǎo)致測得的溫度全