【正文】 節(jié)器）將來(lái)自變送器的測(cè)量值與給定值相較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算，并 輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、液位及其他工藝變量的 自 動(dòng)控制。 混合煤氣壓力受高爐煤氣主管壓力影響很大，混合煤氣壓力控制器采用 PI 控制規(guī)律由 PLC 編程實(shí)現(xiàn) 。 其 優(yōu)點(diǎn)是 :頻率響應(yīng)高 ,適于動(dòng)態(tài)測(cè)量 ；精度高；無(wú)活動(dòng)部件，可靠性高，能工作于振動(dòng)、沖擊、腐蝕、強(qiáng)干擾等惡劣環(huán)境。目前使用最廣泛的 流量計(jì) 為：差壓式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子 流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、流體振蕩流量計(jì)中的渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)等。綜合以上優(yōu)點(diǎn)，可采用薄膜式壓力變送器，它是基于擴(kuò)散硅式差壓變送器的原理制造的。故溫度變送器采用四線制接法。常見(jiàn)的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均屬薄膜式，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、維修方便、價(jià)格低廉，但輸出行程較小，只能直接帶動(dòng)閥桿。所以選擇蝶閥作為控制煤 氣管道的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 上位機(jī)工作平臺(tái)如圖 所示： 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 工作平臺(tái) 焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面 焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面如附 錄 A 所示。報(bào)警數(shù)據(jù)表如表 41 所示： 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 表 41 報(bào)警數(shù)據(jù)表 數(shù)據(jù) 顯示畫面 數(shù)據(jù) 顯示畫面由實(shí)時(shí)曲線 圖 和歷史曲線 圖 組成。后一部分則設(shè)置圖形的動(dòng)畫屬性，與實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)中定義的變量建立相關(guān)性的連接關(guān)系，作為動(dòng)畫圖形的驅(qū)動(dòng)源。 STEP7 是用于 SIMATIC 可編程控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，它是 SIMATIC 工業(yè)軟件的組成部分 。焦?fàn)t的爐溫不得低于700℃ ，因此在壓力信號(hào)中斷時(shí)，應(yīng)保持煤氣供應(yīng)，所以選擇氣關(guān)式執(zhí)行 機(jī)構(gòu) 。液動(dòng)的很少用。前一種是將輸入的直流毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)換成4~20mA 直流電流和 1~5V 直流電壓的統(tǒng)一輸出信號(hào)。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 變送器 變送器的作用是將現(xiàn)場(chǎng)的壓力、溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（電壓 1~5V、電流 4~20mA） ，作為指示記錄儀、控制器或 計(jì)算機(jī)裝置的輸入信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述變量的顯示、記錄或自動(dòng)控制。目前，可供工業(yè)用的流量?jī)x表的種類多達(dá) 60 余種 。 壓力檢測(cè)儀表、 流量計(jì)、變送器及執(zhí)行器 壓力檢測(cè)儀表 壓力檢測(cè)儀表的選用是一項(xiàng)重要的工作，如 果 選擇不當(dāng)，不僅不能正確、及時(shí)地反映被測(cè)對(duì)象壓力的變化，還有 可 能引起事故。 FB 59 TCONT_S 模塊功能以 PID 控制算法為基礎(chǔ)，用于控制工藝溫度過(guò)程，通過(guò)設(shè)置參數(shù)，可以啟用或禁止 PI 步進(jìn)控制器的子功能，使控制器和過(guò)程相適應(yīng)。 K 型熱電偶在氧化性或中性介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間地測(cè)量900℃ 以下的溫度，所以 K 型熱電偶不滿足蓄頂測(cè)溫的要求， S 型熱電偶和 B 型熱電偶內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 都能在氧化性或中性介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間地測(cè)量 1200℃ 的溫度，但整個(gè)焦?fàn)t測(cè)溫點(diǎn)很多而且溫度高達(dá) 1200℃ ，使用的熱電偶的壽命很短，考慮到這兩種熱電偶都為貴金屬制成，價(jià)格昂貴，因此在滿足測(cè)溫要求的條件下，應(yīng)該使用價(jià)格低廉的熱電偶來(lái)節(jié)約成本。非焊接端稱為冷端 (或參考端、自由端 )，冷端則置于內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 被測(cè)對(duì)象之外溫度為 t0 的環(huán)境中。數(shù)字量輸出模塊將從過(guò)程來(lái)的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成 S7300 內(nèi)部的信號(hào)電平。系統(tǒng)選用 8 通道通用模擬量輸入模塊，每塊模塊能測(cè)量 8 點(diǎn)電壓或電流或 4 點(diǎn)電阻測(cè)量 。 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 ,可有效地實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算 ； CPU 內(nèi)集 MPI接口 ,多種通訊模塊能用來(lái)連接 ASI 接口、 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng) ； 具有時(shí)間 /中斷驅(qū)動(dòng)、開(kāi)環(huán)定位和 PID 等高級(jí)控制功 能 ； I/O 模塊采用連接器方式 ,維修或更換十分方便 ； 信號(hào)或通訊模塊不受限制地隨意安放 ； 具有滿足高速計(jì)數(shù)、步進(jìn)電機(jī)和伺服定位控制等特殊應(yīng)用的 I/O 模 塊 。用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試。 由于每個(gè)炭化 室、燃燒室、蓄熱室的工況復(fù)雜，所以選取的檢測(cè)點(diǎn)要能較好的反應(yīng)整個(gè)爐況，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫工的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合推焦串序的要求來(lái)確定。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 6號(hào)蓄熱室7號(hào)蓄熱室5號(hào)燃燒室5號(hào)炭化室8號(hào)蓄熱室66778號(hào)燃燒室 圖 氣體流經(jīng)途徑示意圖 從以上分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)燃燒后的氣體進(jìn)入蓄熱室時(shí)，其溫度正好反映了燃燒室內(nèi)立火道溫度，如果燃燒后的廢氣溫度較高，則蓄熱室的溫度也較高 。為了表述簡(jiǎn)明 ，將所有蓄熱室、燃燒室和炭化室依次編號(hào)，則每個(gè)炭化室正下方蓄熱室的編號(hào)恰好比自身編號(hào)大一，如圖 所示。在任何結(jié)焦時(shí)間下，對(duì)于硅磚焦?fàn)t，確定的標(biāo)準(zhǔn)溫度應(yīng)使焦?fàn)t各立火道的溫度不超過(guò) 1450℃ 。 在分別建立焦?fàn)t火道溫度的六元、一元線性回歸模型后，可以在每小時(shí)得到兩個(gè)模型的輸出，此處通過(guò)規(guī)則模型將兩個(gè)線性回歸模型的輸出進(jìn)行綜合，結(jié)果作為線性回歸模型的整體輸出。 根據(jù)線性回歸模型的原理，以六個(gè)蓄頂溫度為基礎(chǔ)，可以建立六元線性回歸模型。模型權(quán)值的在線自修正機(jī)制可以保證軟測(cè)量模型具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和自適應(yīng)性。這類數(shù)學(xué)模型及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件也被稱為軟測(cè)量器或軟儀表。 立火道實(shí)際溫度檢測(cè)方法的確定 焦?fàn)t直行溫 度獲取的方法有兩種 :一種是直接法，即通過(guò)紅外 測(cè) 溫儀測(cè)定燃燒室標(biāo)準(zhǔn)火道溫度，分別將全爐焦側(cè)和機(jī)側(cè)所有燃燒室溫度平均后，作為當(dāng)前的焦側(cè)直行溫度和機(jī)側(cè)直行溫度，原來(lái)就是每隔 4 小時(shí)測(cè)溫工通過(guò)這種方法獲取直行溫度。壓力控制回路主要是針對(duì)焦?fàn)t煤氣和 混合 煤氣的閥門開(kāi)度，以及機(jī)側(cè)煙道和焦側(cè)煙道擋板開(kāi)度的反饋控制。 焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)是 通過(guò)西門子 S7300 PLC 系統(tǒng) 和由 MCGS 設(shè)計(jì)的監(jiān)控畫面對(duì)各類參數(shù) （ 溫度、流量和壓力等 ） 在線檢測(cè)，以及對(duì)工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控 的控制系統(tǒng) 。另外，焦?fàn)t是一個(gè)大封閉的，散發(fā)腐蝕性物體的系統(tǒng)，而且各炭化室結(jié)焦時(shí)間所處的周期都不一樣，為了較準(zhǔn)確的反映整個(gè)爐組的不同結(jié)焦?fàn)顟B(tài)，對(duì)溫度來(lái)說(shuō)，需要許多測(cè)點(diǎn)來(lái)保證，這樣就導(dǎo)致了溫度測(cè)量的復(fù)雜性。 焦?fàn)t加熱控制的難點(diǎn)分析 焦化熱工過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。一般每爐的操作時(shí)間為 15 分鐘，為使炭化室均勻加熱，加熱系統(tǒng)定時(shí)改變廢氣流向，同時(shí)，為充分利用廢氣余熱，通過(guò)蓄熱室來(lái)預(yù)熱進(jìn)入燃燒室的空氣 (煤氣 )，因此焦?fàn)t每隔 30 分鐘交換作為煤氣和空氣上升通道的蓄熱室和作為廢氣下降通道的蓄熱室，即進(jìn)行換向（換向時(shí)間大約為 30 秒 )。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 炭化室是煤隔絕空氣干餾的地方，燃燒室是煤氣燃燒的地方。對(duì)于這種情況，建立一個(gè)既實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)視又實(shí)現(xiàn)溫度控制的智能控制控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。該控制系統(tǒng)首先考慮到影響立火道目標(biāo)溫度的許多因素，主要是結(jié)焦時(shí)間、焦餅中心溫度、配合煤水分、每孔裝煤量等因素。另內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 外，考慮影響立火道溫度的眾多因素中，除蓄頂溫度是一個(gè) 主要因素 (通過(guò)實(shí)測(cè)蓄頂溫度來(lái)擬合成立火道溫度 )外，還受配煤水份、煤氣成分、結(jié)焦時(shí)間等因素影響，尤其在工況不穩(wěn)定時(shí)更為嚴(yán)重，為保證模型的準(zhǔn)確性，控制系統(tǒng)中引入了專家系統(tǒng) — 模型自學(xué)習(xí)系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不需要對(duì)焦化機(jī)理有較深入的研究 ,不需要建立過(guò)程 精確的數(shù)學(xué)模型 ,不需考慮各種參數(shù)的影響 ,利用被控量的偏差進(jìn)行控制 ,就能使?fàn)t溫達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家投 入大量的人力、財(cái)力和物力用于焦?fàn)t計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。也可以說(shuō) ，燃燒室溫度實(shí)際上代表煉焦溫度。在煉焦廠的總能耗中，焦?fàn)t加熱用的煤氣量約占總能耗的 70%。 本控制系統(tǒng)滿足了實(shí)際應(yīng)用的需要，對(duì)提高焦?fàn)t生產(chǎn)率和焦炭質(zhì)量 ,降低能耗及延長(zhǎng)焦?fàn)t壽命 ,減少煉焦生產(chǎn)中的環(huán)境污染以及改善勞動(dòng)條件具有重要的意義。 本文在深入進(jìn)行焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程工藝分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，提出了控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。另外焦炭也可作為制備水煤氣的原料制取合成用的原料氣。焦?fàn)t加熱生產(chǎn)還極易給環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，如果焦?fàn)t控制不好，焦炭加熱不均勻，就會(huì)局部生焦造成出焦時(shí)冒黑煙，而且加熱煤氣燃燒不完全，也會(huì)產(chǎn)生大量黑煙 。 焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 50 年代初，美國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)家就已經(jīng)對(duì)焦?fàn)t的操作和控制進(jìn)行了研究，但由于當(dāng)時(shí)的科技水平低，焦?fàn)t的工藝和設(shè)備又很復(fù)雜，故進(jìn)展不大。無(wú)論控制系統(tǒng)還是控制數(shù)學(xué)模型均充分考慮結(jié)焦特點(diǎn)和先進(jìn)的控制策略，取得較為成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)?？梢栽诮?fàn)t加熱智能控制系統(tǒng)采用線性回歸、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等軟測(cè)量方法 ,建 立了立火道溫度軟測(cè)量模型 ,并采用模糊專家控制進(jìn)行焦?fàn)t燃燒加熱過(guò)程優(yōu)化控制系統(tǒng)。相反如果在相同的結(jié)焦周期中，焦?fàn)t溫度過(guò)高，焦餅收縮過(guò)頭，焦炭過(guò)于成熟，焦炭硬度高、密度 小，推焦電流小，而且引起在推焦過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵量。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程中各種溫度、流量、壓力等參數(shù)太多，而其中大部分參數(shù)關(guān)系到加熱燃燒過(guò)程中焦炭成熟的好壞。焦?fàn)t是由一系列的炭化室和燃燒室相互間隔組成，炭化室與燃燒室的底部是蓄熱室。從 裝煤到煤完全成熟變?yōu)榻固康臅r(shí)間稱為結(jié)焦周期，可以看出結(jié)焦周期主要與煤的品質(zhì)和炭化室的溫度決定的。為使狹長(zhǎng)的炭化室中的煤料均勻獲取熱量，由機(jī)側(cè)和焦側(cè)分別供熱，因內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 此，一座焦?fàn)t實(shí)際上是兩組加熱爐群的集合體。生產(chǎn)產(chǎn)量決定了焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間，焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間以及煤和煤氣的特性要求火道溫度應(yīng)達(dá)到一定程度。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。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。 過(guò)程參數(shù)檢測(cè) 要實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制首先要獲得所必需的過(guò)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(guò)程量的檢測(cè)。 立火道溫度軟測(cè)量 隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)過(guò)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(guò)程變量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和優(yōu)化控制。目前檢測(cè)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(cè)溫度間接反映焦 爐的立火道溫度。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 基于回歸分析 的軟測(cè)量具有簡(jiǎn)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。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)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 ） 。 蓄頂溫度檢測(cè)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(cè)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(cè)溫火道或標(biāo)準(zhǔn)火道。所以只能通過(guò)間接測(cè)量的辦法實(shí)現(xiàn)?？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。 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。 但在機(jī)焦側(cè)各裝 6 個(gè)測(cè)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(cè)量模內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 型預(yù)測(cè)全爐火道的平均溫度。模塊化，無(wú)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。根據(jù)控制系統(tǒng)需要，電源模塊采用IEA03。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。監(jiān)控站可通過(guò)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(guò)程控制和信息管理的自動(dòng)化。 當(dāng) t0 為一定時(shí) , CteAB ?)( 0 為常數(shù)。 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。 煙道吸力的控制屬于壓力控制器的一部分，通過(guò)控制分煙道擋板的開(kāi)度，控制空氣的進(jìn)入量，保證 煤氣的充分燃燒。 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)。 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(cè)量流量 。 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)。 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?；钊綀?zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是輸出推力大，行程長(zhǎng)，但價(jià)格較高，只用于特殊需要的場(chǎng)合。 內(nèi)蒙 古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)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 P