【正文】 型熱電偶性能相仿。 共有 S、 B、 E、 K、 R、 J、 T 七種標準化熱電偶為我國統(tǒng)一設計型熱電偶。兩種不同成份的均質導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。工業(yè)用熱電阻一般采用 Pt100， Pt10， Cu50， Cu100，鉑熱電阻的測溫的范圍一般為零下 200~800 攝氏度，銅熱電阻為零下 40~140 攝氏度 [16]。薄膜熱 電阻是利用電子陰極濺射的方法制造，南通紡織技術學院 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 35 可實現工業(yè)化大批量生產。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。 MCGS 的 “ 與設備無關 ” 概念：無論您使用 PLC、 儀 表、還是使用采集板等設備，在進入工程現場前的組態(tài)測試時，均采用模擬數據進行，等測試合格后，再進行與設備連接 [15]。與其他相關的硬件相結合，可以快速、方便地開發(fā)成各種用于現場采集、數據處理和控制的設備。 運行策略 :本窗口主要 完成工程運行流程的控制。 實時數據庫 :是工程各個部分的數據交換與處理中心。在本窗口內配置數據采集與控制輸出設備，注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數據變量。 主控窗口 :是工程的主要窗口或主框架。組態(tài)環(huán)境是生成應用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作。 MCGS 為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網絡等功能。因負荷變化后，燃料及送風量均將變化，但引風量的變化落后于送風量，從而造成爐膛負壓的較大波動。這相當于設置了一個死區(qū)，可以防止干擾和改善系統(tǒng)的響應特性 [13]。 由于雙交叉限幅控制系統(tǒng)的偏置單元較多，所以本設計就對雙交叉的偏置單元進行分析，其作用如下： 1）在動態(tài)過程中可以起到限幅作用，當升負荷時， K4 作為防止冒黑煙的界限設定， K1 作為空氣過剩的界限設定。其中，紫色曲線是串級比值控制系統(tǒng)的仿真曲線，黃色的是單交叉限幅控制系統(tǒng)的仿真曲線， 淺綠色的是雙交叉限幅控制系統(tǒng)的仿真曲線。 南通紡織技術學院 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 26 下面是雙交叉限幅控制系統(tǒng)溫度提量時的空燃比仿真圖： 圖 313 雙交叉限幅控制系統(tǒng)提量時空燃比仿真圖 從圖中可以知道， 溫度提量和 溫度降量時一樣， 空氣過剩系數一直在最佳燃燒區(qū)。 儀表 間的通訊信號如串級控制的一樣。本系統(tǒng)基本上杜絕了冒黑煙和過度排熱的情況 ,實現了空燃比較穩(wěn)定的爐內溫度穩(wěn) 定 控制 [12]。雙交叉限幅可消除單交叉限幅空氣過剩和減輕 燃料 流量系統(tǒng)互相影響引起的振蕩。 當爐溫降負荷時，即溫度設定值變小，同上，輸出 e 變小。 在上圖中，本設計設定 K1 =,K2=,K3=,K4=。 南通紡織技術學院 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 22 雙交叉限幅控制系統(tǒng) 設計 及仿真 首先，看看雙交叉限幅控制系統(tǒng)的儀表圓圈圖，如下： 爐 溫設 定 值T T F f C F a CF a T F f TK 1K 2K 3K 4KT C247。在后面將會對偏置單元進行說明。但其沒限制 u 的上限值，則導致降負荷時空氣過剩，使燃燒效率降低 [11] 。這樣可以防止冒黑煙，使燃料充分燃燒。 當降負荷時，即溫度設定值變小，同樣由于溫度控制器是 反 作用，使溫度控制器的輸出減小。 當 升負荷時， 即溫度設定值變大，由于溫度控制器是 反 作用，則 溫度控制器輸出增大，則高選器選擇溫度控制器的輸出。 K空 氣燃 料 圖 36 單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)設計與仿真 其中： K—— 空燃比 。因此，過剩的空氣將帶走能量，并將氧化鋼坯的表面，使產品質量下降。則溫度控制器由于是反作用，其輸出變大，燃料流量給定值和空氣流量給定值同時上升，同樣由于空氣對象的時間常數大于燃料對象的時間常數，使燃料流量給定值增加快于空氣流量 給定值。由于溫度控制器是反作用， 燃料流量給定值和空氣流量給定值同時下降，但由于空氣對象的時間常數大于燃料對象，使得實際燃料流量給定值降低快于空氣流量給定值。在儀表之間的通訊信 號統(tǒng)一為 0~5V，而對象輸出的信號為實際的流量信號和溫度信號。而空氣流量控制器的設定值是燃料流量變送器輸出乘以空燃比 K，因此 空氣流量控制器的設定值隨爐溫變化而改變，同燃料控制回路，空氣流量也相應改變，最終使 爐膛溫度穩(wěn)定在一個合適的溫度。因此執(zhí)行器的傳遞函數可以近似為一階慣性環(huán)節(jié)： G(S)= 1?TSK (36) 由于檢測和變送器的輸入信號和輸出信號可以看成已線性化，因此其傳遞函數可以看成純比例，即 G(S)=Kp[9] (37) 串級比值控制系統(tǒng) 設計 及仿真 本設計共做了三個控制系統(tǒng)，現在先設計串級比值系統(tǒng)。微分的作用是克服溫度的滯后，積分的目的是消除靜態(tài)誤差和 穩(wěn)定溫度控制對象。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模 ，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。 u 與節(jié)能有著直接的聯系。鋼坯在爐內隨著溫度場的變化逐漸被加熱到軋制溫度?？紤]燃料和空氣混合的實際情況，通?？諝饬恳嘤谌紵璧睦碚撝?， 即理論空氣量 ，而 空氣過剩系數一般控制在 ～ 之間。 2） 產量大幅度提高，現在都在 100 萬噸 /年以上。 1979 年 12 月召開的全國軋鋼會議，對我國軋鋼工業(yè)現狀與其發(fā)展方向進行了全面深 入 的討論，提出應用連鑄逐步代替初軋，用連續(xù)式冷熱寬帶鋼軋機代替勞特式中板軋機和迭軋薄板軋機，用冷軋硅鋼片代替熱軋南通紡織技術學院 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 9 硅鋼片，用連續(xù)式棒材型材軋機代替橫列式軋機，用步進式加熱爐代替推式加熱爐等等。 從 60 年代開始，一些發(fā)達國家就開始對工業(yè)爐進行改造，除組織合理化以外，主 要靠技術進步，即新設備、新工藝和自動化技術及計算機應用，從而使工業(yè)爐技術飛速發(fā)展，且 向 高產、優(yōu)質多品種和節(jié)能降耗方向發(fā)展。設備組成 如下 : 1） 板坯輸送輥道設備 2） 裝料爐門升降機構 3） 裝鋼機 4） 爐底步進機械 5） 步進爐液壓系統(tǒng) 6） 出鋼機 7） 出料爐門的升降機構 8） 干油集中潤滑系統(tǒng) 南通紡織技術學院 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 8 加熱爐 控制技術 的發(fā)展和現 狀 現代化的高產量熱軋帶鋼軋機，由于對軋制帶鋼的厚度尺寸公差，帶鋼表面質量和板型控制的要求日益嚴格，因而對板坯加熱溫度均勻性和熱板坯表面的質量要求也不斷提高。 3） 鋼坯在步 進式爐內四面受熱，加熱斷面溫差小、加熱均勻，能減少脫碳深度，減少氧化燒損。當板坯較長時間停爐時，要求步進梁停在中位與固定梁同一標高或進 行踏步，以避免板坯變形彎曲和黑印加重， 正常生產時步進梁停在低位 [7]。 步進梁運動由水平運動和升降運動組成 ： 水平運動和升降運動過程中的速度是變化的，其目的在于保證板坯以較低的速度接觸固定梁和步進梁開始動作和結束動作的緩和，減少步進機構產生的沖擊和震動。如此周而復始，板坯自裝料端按順序 經過爐子 預熱段 、加熱段、 均熱段 ， 一步步 地移送到爐子的出料端 。 加熱爐在保證安全運行及完成加熱鋼坯任務的同時，還要考慮高效及經濟地燃燒。加熱爐 的控制系統(tǒng) 直接影響到鋼坯的產量、質量和成本。為此，在本設計中我選用 MATLAB 來對本設計進行仿真。而控制系統(tǒng)工具箱是 MATLAB 中專門針對控制系統(tǒng)工程分析設計的函數和工具的集合。 1985 年推出的 MATLAB 語言就是這樣的一個軟件。使用者可以通過一些專用語句，把微分方程或系統(tǒng)結構圖輸入到計算機中，由仿真語言中的“翻譯模塊”將它們翻譯成機械的匯編語言或某種程序設計語言，并自動翻譯、裝配、執(zhí)行，從而使得用戶更多地擺脫對程序的熟悉和了解。但仿真程序的功能比較簡單，一般只能處理仿真的一些基本問題，不能對復雜的系統(tǒng)進行有效的仿真。為此用反映負荷變化的 蒸汽 壓力作為前饋信號，組成前饋 — 反饋控制系統(tǒng)。雙交叉限幅控制系統(tǒng)在負荷變化時，系統(tǒng)各參數變化，根據實測空氣流量對燃料流量進行上、下限幅，而且還根據實測燃料流量對空氣流量進行上、下限幅。 單交叉控制只有風對 燃料 的限制，沒有 燃料 對風的限制，即可以保證風量始終有一定富裕量，但不能 排除 風量過大可能造成的熱損失。爐膛內溫度范圍是1100~1200℃ ，爐膛負壓范圍是 0~30Pa[3]。保證爐膛一定的負壓，以免負壓太小，甚至為正，造成爐膛內熱煙氣往外冒，影響設備和工作人員的安全；如果負壓過大，會使大量冷空氣漏進爐內，從而使熱量損失增加 [7]。 南通紡織技術學院 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 2 爐子為雙排料，裝料端設置兩臺裝料推鋼機，板坯由裝料 輥道 運至裝料機口定位后，裝料推鋼機將板坯從裝料輥道上推到爐子固定梁上，當需要 入 爐時計算機的控制系統(tǒng)發(fā)出指令，爐門升起，爐內步進梁再將其托起、前進、下降、后退，完成一個步進行程，而板坯向前移運了一個步距。為解決這一問題，許多人進行了深人研究，先后產生了幾種交叉制約控制方案，使燃燒控制系統(tǒng)日趨完善 [1]。根據燃燒機理，一般加熱爐內空氣過剩系數 u 的最佳范圍為 ~，稱為最佳燃燒帶。而調節(jié)器的整定又很費時間 ， 且要求相當的技術 ， 因此常將其切換至手控運行方式。并由于調節(jié)量過大的波動引起執(zhí)行機構過度磨損 ， 燃燒不穩(wěn)定 ， 熱力設備與管道的熱應力破壞 ， 工藝次品率升高 ， 鍋爐冒黑煙 ， 產生大量氮氧化物等造成環(huán)境污染。 關鍵詞： 步進式加熱爐 ； 空燃比 ； 雙 交叉限幅 ； 系統(tǒng)仿真 南通紡織技術學院 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） III 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................. II ABSTRACT ...................................................................................錯誤 !未定義書簽。因此 步進式 加熱爐優(yōu)化設定控制技術的推廣對鋼鐵企業(yè)意義重大。 南通紡織職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 (論文 ) YGW9300 型有機 熱載 體加 熱 爐控制系 統(tǒng) 課 程 名 稱 PLC 原理及應用 系 、 專 業(yè) 電氣自動化 南通紡織技術學院 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） II 加熱爐燃燒控制系統(tǒng)設計與仿真摘 要 冶金工業(yè)消耗大量的能源，其中鋼坯加熱爐就占鋼鐵工業(yè)總能耗的四分之一。鋼坯加熱的技術直接影響帶鋼產品的質量、能源消耗和軋機壽命。針對以上情況，本文通過 理論和仿真 比較說明使用雙交 叉限幅控制系統(tǒng)是一種比較好的燃燒控制方法。由 于熱工檢測手段落后 ， 自動控制系統(tǒng)不夠完善及運行管理不良等原因 ,導致熱效率比設計值低 10%~20%。人們發(fā)現 ， 燃燒調節(jié)系統(tǒng)已偏離最佳整定 ， 要 么反應遲鈍 ， 要么振蕩太大 ， 難以長期或在某些工況下運行。 自動燃燒控制系統(tǒng)的基本任務是在滿足生產工藝的溫度要求前提下 ， 實現最佳燃燒控制以達到減少燒損、節(jié)約能源的目的。但由于空氣管道時間常數比燃料回路大，當負荷突然發(fā)生變化時，這種控制方案不能保證 u 在最佳燃燒區(qū)。 步進式加熱爐的工業(yè)過程 ： 由連鑄出坯輥道送來的板坯在裝料輥道上自動測量板坯長度，合格板坯經電子稱量裝置稱量后準備人爐。 控制參數的選擇 燃燒過程的控制 有以下三個 基本要求： 1） 保證爐膛內溫度穩(wěn)定，能按要求自動增減燃料量； 2） 燃燒良好，供氣適宜，既要防止由于空氣不足使煙囪冒黑煙，也不要因空氣過量而增加熱量損失； 3） 保證鍋爐安全運行。則控制參數分別為爐膛內溫度和爐膛負壓。為了防止不完全燃燒，保證動態(tài)過程中風量始終有一定裕量，就需要采用單交叉控制（或稱選擇性控制），以實現加負荷時先加風后加 燃料 ，減負荷時先減 燃料 后減風。它是以爐溫調節(jié)回路為主環(huán)，燃料流量和空氣流量調節(jié)為副環(huán)，構成串級并聯雙交叉限幅控制 系統(tǒng) [13]。因負荷變化后，燃料及送風量均將變化，但引風量只有在爐膛負壓產生偏差時，才能由引風 控制器去控制，這樣引風量的變化落后于送風量， 從而造成爐膛負壓的較大波動。仿真程序通常采用人機對話方式輸入必要參數，具有使用簡單、修改及擴充方便、易于普及推廣等優(yōu)點 [11]。例如， ACSL,DAREP,CSSL IV,SLAM 和 MIMIC 就是