【正文】 ...................................................................................... 17 雙交叉限幅燃燒控制原理圖 ........................................................................ 17 雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)的工作原理 ........................................................ 18 雙交叉限幅燃燒控制特點(diǎn) ............................................................................ 20 第四章 加熱爐溫度控制系統(tǒng)仿真 ........................................................................................ 23 對(duì)象模型的建立 ....................................................................................................... 23 系統(tǒng)各裝置數(shù)學(xué)模型的建立 ................................................................................... 24 仿真軟件簡介 ........................................................................................................... 26 加熱爐爐溫控制系統(tǒng)仿 真結(jié)果分析 ....................................................................... 27 爐溫單回路控制仿真 .................................................................................... 27 燃料空氣串級(jí)比值控制仿真 ........................................................................ 31 單交叉限幅控制仿 真 .................................................................................... 34 雙交叉限幅控制仿真 .................................................................................... 36 總結(jié) ........................................................................................................................... 38 第五章 系統(tǒng)的檢測(cè)變送裝置及正反作用 ............................................................................ 39 檢測(cè)變送 ................................................................................................................... 39 差壓式流量計(jì) ................................................................................................ 39 熱電偶 ............................................................................................................ 39 系統(tǒng)儀表正反作用的確定 ....................................................................................... 40 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 41 致 謝 ...................................................................................................................................... 42 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第一章 緒論 概述 加熱爐是熱軋生產(chǎn)過程的重要熱工設(shè)備，其能 耗占到鋼鐵工業(yè)總能耗的 25%。 （ 3）鋼坯 加熱溫度應(yīng)在長度、寬度和斷面上均勻一致。燃料節(jié)約百分?jǐn)?shù)與離爐煙氣溫度成正比，離爐煙氣溫度越高，則燃料節(jié)約百分?jǐn)?shù)越大。在參照相關(guān)理論的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了 該加熱爐控制系統(tǒng)，包括加熱爐內(nèi)的加熱爐串級(jí) 比值控制、單 交叉 限幅、雙 交叉 限幅燃燒控制， 很好地抑制了處于副環(huán)（煤氣熱值和壓力的波動(dòng)、生產(chǎn)率的改變及爐內(nèi)參數(shù)的變化等）的干擾因素對(duì)加熱爐運(yùn)行的影響；提高了爐溫控制的快速性，實(shí)現(xiàn)了加熱爐燃燒過程的控制。當(dāng)鋼 坯 溫度超過 500℃ ～600℃ 以后，進(jìn)入塑性范圍，這時(shí)就可以快速加熱，直到表面溫度快速升高到出爐所要求的溫度。為 了 使加熱均勻，每一個(gè)段上的燃燒嘴越密集越好。 加熱爐排煙方式為向上排煙，在爐內(nèi)燃燒生成的煙氣由爐尾總排煙管經(jīng)地上煙道通到廠外煙囪，再排入大氣中。 加熱爐溫度控制要求 燃料的種類很多，分類方法也不盡相同。高爐煤氣由于發(fā)熱量較低，燃燒溫度也低，約 1470 ℃ ，在加熱爐上單獨(dú)使用困難，往往是與焦?fàn)t煤氣混合使用。從上圖可看出當(dāng) μ ＜ 1 和 1≤ μ ＜ 分別為空氣不足燃燒區(qū)域和超低空氣過剩燃燒區(qū)域，在這兩個(gè)燃燒區(qū)中，會(huì)有不完全燃燒現(xiàn)象，這樣的熱損失就比較大，而且從環(huán)境污染角度看，由于不完全燃燒，將會(huì)產(chǎn)生大量的黑煙，污染大氣。 對(duì)于爐膛壓力，送風(fēng)總管壓力以及汽包水位 的控制 ，由于被控對(duì)象單一，所以采用單回路 PID 控制 就能達(dá)到較好的效果。當(dāng)穩(wěn)定狀態(tài)被破壞時(shí)，爐溫控制和燃燒控制的串級(jí)控制開始作用。 對(duì)于 定空燃比 (燃料熱值一定 )的燃燒控制系統(tǒng)，概括起來主要有以下幾種爐溫控制方式 : （ 1）單回路控制 單回路控制是最簡單的控制方式，通過爐溫的變化直接調(diào)節(jié)煤氣流量。而當(dāng)爐溫高于設(shè)定值，需要減少燃料流量時(shí)燃料先行，以防止冒黑煙。 控制器參數(shù)整定的方法很多，歸結(jié)起來可以分為兩大類 [7]：一類是理論計(jì)算方法，另一類是工程整定方法。因此衰減曲線法應(yīng)用較為廣泛，本設(shè)計(jì)也將使用該方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整定。焦?fàn)t煤氣的空燃比大約在 4： 1 左右，高爐煤氣的空燃比大約在 ： 1 左右，轉(zhuǎn)爐煤氣的空燃比大約在 ： 1 左右，如果煤氣過量，會(huì)浪費(fèi)能源，同時(shí)產(chǎn)生冒黑煙現(xiàn)象，產(chǎn)生環(huán)境污染；如果空氣過量，不僅溫度上不去，而且為了加熱多余空氣，加熱爐內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 的熱負(fù)荷會(huì)變大，同樣也會(huì)浪費(fèi)能源 ，剩余的熱空氣隨煙氣排入大氣，會(huì)產(chǎn)生大量的 NO SO2等 氣體污染環(huán)境 。當(dāng)爐膛溫度受干擾作用，燃燒負(fù)荷波動(dòng)不大時(shí)，或工藝上需要升降 負(fù)荷 的時(shí)候，爐溫控制器的輸出一方面輸出 信號(hào)給 煤氣流量控制器 ，從而 進(jìn)行煤氣流量的控制；另一方面經(jīng)比值器后作為空氣控制器的設(shè)定值。 單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)的工作原理如下： 在燃料流量調(diào)節(jié)回路中，爐溫調(diào)節(jié)器 TC 的輸出信號(hào) A，與根據(jù)空氣流量測(cè)量值 Fa 算出的 所需燃料流量加上偏置 a1 (%)得到的信號(hào) B rFaB a??? )1001( 1 （ ） 相比較，由低值選擇器 LS 來選通 A、 B 之一作為燃料流量調(diào)節(jié)器 FfC 的給定值 Sf。這樣，系統(tǒng)又恢復(fù)到了穩(wěn)定狀態(tài)。 通過上述分析可知，該系統(tǒng)對(duì)燃料流量和空氣流量只規(guī)定了不超過冒黑煙界線，并沒有規(guī)定空氣過剩的界線。但它沒有限制剩余空氣系數(shù) μ的上限值，因而導(dǎo)致負(fù)荷減少的動(dòng)態(tài)過程中空氣過剩，使得燃燒效率降低。此時(shí) AE ， LS 2 選通 A。先看燃料流量調(diào)節(jié)回路的情況，此時(shí) AC， HS2選通 A。 通過上述分析可知，當(dāng)升負(fù)荷時(shí)，由于信號(hào) A 急增，偏置 a1(%)和 a4(%)分別給燃料流量調(diào)節(jié)器 FfC 的給定值和空氣流量調(diào)節(jié)器 FaC 的給定值一個(gè)增量，信號(hào)B 和 E 使 FfC 和 FaC 的給定值既受到限制又交替上升；反之，當(dāng)降負(fù)荷時(shí)，由于信號(hào) A 急減，偏置 a3(%)和 a2(%)分別給 FfC 和 FaC 的給定值一個(gè)減量，信號(hào) C 和D 使 FfC 和 FaC 的給定值既受到限制又交替減小。 （ 2）補(bǔ)償空氣和燃料流量回路間特性的差異，可以通過選擇 a4 (%)a1 (%)，當(dāng)升負(fù)荷時(shí)多增加一些空氣流量，實(shí)現(xiàn)“先增加空氣后增加燃料”，選擇a3(%)a2(%)，當(dāng)降負(fù)荷時(shí)多減少一些燃料，實(shí)現(xiàn)“先減少燃料后減少空氣”，這 樣，不僅可以使燃料和空氣流量的變化速度相協(xié)調(diào)，而且可以解決因燃料流量調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作 過 快，往往空氣流量調(diào)節(jié)閥跟不上而失調(diào)，引起冒黑煙的問題。 （ 3）出鋼質(zhì)量和環(huán)境保護(hù) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 雙交叉限幅減少了缺氧燃燒和過氧燃燒帶來的熱損失，降低了系統(tǒng)的能耗，同時(shí)避免了鋼的過氧燒損，保證了出鋼質(zhì)量。 通過分析和試驗(yàn)結(jié)果表明，無論單交叉還是雙交叉燃燒控 制系統(tǒng)，他們都是用犧牲系統(tǒng)跟蹤負(fù)荷的速度，來換取燃料和空氣流量之間相互制約，并限制剩余空氣系數(shù) μ 的瞬態(tài)變化，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。 雙交叉控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)剩余空氣系數(shù)進(jìn)行雙向限幅，保證燃燒始終維持在最佳燃燒區(qū)，有利于節(jié)能，但它的缺點(diǎn)是偏置過小使系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷響應(yīng)速度變慢。 動(dòng)態(tài)微分方程描述的是被控制量與給定量或擾動(dòng)量之間的函數(shù)關(guān)系，給定量和擾動(dòng)量可以看成系統(tǒng)的輸入量，被控制量看成輸出量。 加熱爐具有大滯后、大慣性的特點(diǎn)，將加熱爐簡化為一個(gè)帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，則溫度對(duì)象傳遞函數(shù)為： () 1KeGS TS? ?τ s （ ） 此外，燃料流量對(duì)象和空氣流量對(duì)象本設(shè)計(jì)將把它們近似看成一階慣性環(huán)節(jié)，相應(yīng)的傳遞函數(shù)如下： 燃料流量對(duì)象傳遞函數(shù)： () 1KGS TS? ? （ ） 空氣流量對(duì)象傳遞函數(shù)： () 1KGS TS? ? （ ） 系統(tǒng)各裝置數(shù)學(xué)模型的建立 調(diào)節(jié)器 數(shù)學(xué)模型的建立 在 溫度 PID 調(diào)節(jié)器中， 有 比例、積分、微分 三個(gè)環(huán)節(jié)， 比例、積分、微分在PID 調(diào)節(jié)器中的作用如下： P 調(diào)節(jié)器的輸出與輸入成比例關(guān)系，只要有偏差存在，調(diào)節(jié)器的輸出立刻與偏差成比例的變化，因此比 例調(diào)節(jié)作用及時(shí)迅速，這是它的一個(gè)顯著特點(diǎn)。對(duì) PID 調(diào)節(jié)器而言，當(dāng)微分時(shí)間 TD=0 時(shí)，調(diào)節(jié)器呈 PI 調(diào)節(jié)特性。在溫度、成分等控制系統(tǒng)中，往往引入微分作用，以改善控制過程的動(dòng)態(tài)特性，不過在偏差 恒定不變時(shí)，微分作用輸出為零，故微分作用也不能單獨(dú)使用。 τ — 純滯后時(shí)間。 Simulink 還提供了封裝和模塊化工具，尤其適用于復(fù)雜、多層次、高非線性的系統(tǒng)仿真。建模時(shí)只需使用鼠標(biāo)拖放庫中的功能塊并將它們連接起來。 該 PID 控制 器，可以通過改變 KP 、 TI 、 TD值 ，可得到階躍響應(yīng)結(jié)果 。仿真結(jié)果可以在運(yùn)行的同時(shí)通過示波器或圖形窗口查看。在 MATLAB 工作空間中鍵入命令 Simulink，便可以打開 Simulink 模塊庫 。同時(shí)它具有很好的開放性，用戶可以根據(jù) 自己 的需求，利用 MATLAB 提供的基本工具，靈活的編制和開發(fā)自己的程序，開創(chuàng)新的應(yīng)用。則 溫度 PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) 表示如下： 1)( ???? TSKSKKSG dip （ ） 空氣和燃料流量 PID 調(diào)節(jié)器設(shè)為純比例，即（ Kp） 。這就是積分作用能消除余差的原因。也就是說，當(dāng)被控變量受干擾影響而偏離給定值后，不可能再回到原先數(shù)值上，因?yàn)槿绻豢刈兞恐岛徒o定值之間的偏差為零，調(diào)節(jié)器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，系統(tǒng)也就無法保持平衡。 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型有多種表達(dá)形式，可以是微分方程、差分方程，也可以是傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程。同樣，只有知道系統(tǒng)模型，才有可能在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一個(gè)合適的控制器，使系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到預(yù)期效果，滿足實(shí)際的工程需要。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 研究結(jié)果表明，四個(gè)偏置 + a1 (%)、 a2 (%)、 a3 (%)、 +