【文章內容簡介】 。由于鋼坯在加熱爐設備上干燥，加熱爐的三段溫度都在其測溫范圍之內，所以使用K型熱電偶。它的熱電極材料具有較好的高溫抗氧化性，可以滿足加熱爐的溫度要求，并且可在氧化性或中性介質中長時間地測量900℃以下的溫度。K型熱電偶具有復現(xiàn)性好，產生的熱電勢大，而且線性好，價格便宜等優(yōu)點，雖然測量精度偏低，但完全能滿足一般工業(yè)測量要求[3]。 流量檢測元件作為流量檢測用的節(jié)流件有標準的和特殊的兩種。標準節(jié)流件包括標準孔板、標準噴嘴和標準文丘里管，空氣流量測量采用標準孔板配電容式差壓變送器。電容式差壓變送器是沒有杠桿的變送器，它采用差壓電容為檢測元件，整個變送器無機械傳動、調整裝置，而且測量部分采用全封閉焊接的固體化結構。因此，儀表結構簡單，性能穩(wěn)定、可靠，具有較高的溫度?？紤]到使用的燃料即焦爐煤氣中含有焦油、萘、氨、硫化物和氰化物等雜質，若使用流量孔板，則取壓孔易堵塞，雜質附著在孔板上，影響測量的準確性。漩渦式流量計是按流體振蕩原理，應用強迫振蕩的漩渦旋進原理進行流量檢測的。這種檢測方法的特點是管道內無可動部件，使用壽命長，壓力損失小，測量精度高(約為5％～1％)，量程比可達100：1，在一定的雷諾數(shù)范圍內，幾乎不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響，故用水或空氣標定的漩渦流量計可用于其他液體和氣體的流量測量而不需標定，尤其適用于大口徑管道的流量測量。因此，設計選用漩渦式流量計測量煤氣流量[3]。 壓力檢測元件壓力檢測的方法很多，按敏感元件和轉換原理的特性不同，一般分為四類：液柱式壓力檢測、彈性式壓力檢測、電氣式壓力檢測、活塞式壓力檢測。根據(jù)步進式加熱爐的工藝，選用彈性式壓力檢測的方法來檢測爐膛壓力比較適合。彈性式壓力檢測是用彈性元件作為壓力敏感元件把壓力轉換成彈性元件位移的一種檢測方法。彈性元件在彈性限度內受壓后會產生變形，變形的大小與被測壓力成正比關系。目前，用作壓力檢測的彈性元件主要有膜片、波紋管和彈簧管。彈簧管可以通過傳動機構直接指示被測壓力，也可以用適當?shù)霓D換元件把彈簧管自由端的位移變換成電信號輸出。本設計選用彈簧管壓力表配壓力變送器來檢測爐膛壓力，彈簧管壓力表是一種指示型儀表，結構簡單、使用方便、價格低廉，它的使用范圍廣，測量范圍寬，可以測量負壓、微壓、低壓、中壓和高壓，因此應用十分廣泛。根據(jù)制造的要求。由于步進式加熱爐爐膛壓力需控制在5～20Pa，屬于微正壓，所以選用彈簧管壓力表[3]。 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器接受來自調節(jié)器的控制信號，由執(zhí)行機構將其轉換成相應的角位移或直線位移，去操縱調節(jié)機構(調節(jié)閥)，改變控制量。使被控參數(shù)符合預期要求。執(zhí)行器由執(zhí)行機構和調節(jié)機構組成。執(zhí)行機構系指產生推力或位移的裝置，調節(jié)機構系指直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常指調節(jié)閥[22]。 執(zhí)行機構的選擇執(zhí)行機構的選擇主要是對氣動執(zhí)行機構、電動執(zhí)行機構和液動執(zhí)行機構的選擇，根據(jù)能源、介質的工藝要求、安全、控制系統(tǒng)的精度、經濟效益及現(xiàn)場情況等多種因素，綜合考慮選用哪一種執(zhí)行機構。氣動執(zhí)行機構具有結構簡單、工作可靠、價格便宜，維護方便和防火防爆等優(yōu)點。由于所使用的燃料即焦爐煤氣具有易燃、易爆的性質，所以設計中的執(zhí)行器都選用氣動執(zhí)行器，不僅可以降低生產成本，使用方便，而且能夠有效地防火防爆，降低發(fā)生意外事故的概率。氣動執(zhí)行機構接受電/氣轉換器(或電/氣閥門定位器)輸出的氣壓信號，并將其轉換為相應的推桿直線位移，以推動調節(jié)機構工作。氣動執(zhí)行器是以壓縮空氣為動力能源的，它接受調節(jié)器的輸出控制信號，通過氣缸或膜片帶動閥門連桿動作，以調節(jié)被控介質（如液體、氣體和蒸汽等）的流量，將被控變量控制在系統(tǒng)要求的范圍內。氣動執(zhí)行機構有薄膜式和活塞式兩種。常見的氣動執(zhí)行機構均屬薄膜式，它的特點是結構簡單、價廉，但輸出行程較小，只能直接帶動閥桿。活塞式的持點是行程長，但價格昂貴，只用于特殊需要的場合。設計中選用薄膜式氣動執(zhí)行機構。 調節(jié)機構的選擇生產過程中，被控介質的特性千差萬別，有高壓的，高粘度的，強腐蝕的；流體的流動狀態(tài)也各不相同，有的流量小，有的流量大；有的是分流，有的是合流。因此，必須根據(jù)流體性質、工藝條件和過程控制要求，并參照各種閥門結構的特點進行綜合考慮，同時兼顧經濟性來最終確定合適的結構形式。調節(jié)機構又稱控制閥（或調節(jié)閥）。它和普通閥門一樣，是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件。由于閥芯在閥體內移動，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，即改變了閥的阻力系數(shù)，被控介質的流量相應地改變，從而達到調節(jié)工藝變量的目的。根據(jù)不同的使用要求，調節(jié)閥的結構型式很多，主要有以下幾鐘：直通單座閥、直通雙座閥、角形閥、三通閥、蝶閥、套筒閥、偏心旋轉閥、高壓閥。角形閥的閥體為直角形，其流路簡單，阻力小，適用于高壓差、高粘度、含懸浮物和顆粒狀物料流量的控制。一般使用于底進側出，此種調節(jié)閥穩(wěn)定性較好。在高壓場合，為了延長閥芯使用壽命，可采用側進底出。設計中所有的燃料閥和空氣閥都選用角形閥。煙道百葉窗的擋板以轉軸的旋轉來控制流體的流量。它由閥體、擋板、擋板軸和軸封等部件組成。其結構緊湊、成本低、流通能力大、特別適用于低壓差、大口徑、大流量氣體和帶有懸浮物流體的場合，但泄漏量較大。由于設計中控制爐膛壓力的煙道百葉窗的流通量大，壓差比較低，大口徑，而且一定的泄漏量對爐膛壓力的控制沒有多大影響，所以設計中控制爐膛壓力選煙道百葉窗。控制閥是控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，它接受控制器的命令執(zhí)行控制任務?？刂崎y選擇得合適與否，將直接關系到能否很好地起到控制作用。因此，對它必須給予足夠的重視?？刂崎y接受的是氣壓信號，當膜頭輸入壓力增大，控制閥開度也增大時，稱之為氣開閥。反之，當膜頭輸入壓力增大時，控制閥開度減小，則稱之為氣閉閥[2]。對于一個具體的控制系統(tǒng)來說，究競選氣開閥還是選氣閉閥，要由具體的生產工藝來決定。一般來說，要根據(jù)以下幾條原則來進行選擇。(1)首先要從生產安全出發(fā)。信號壓力中斷時，應保證設備和工作人員的安全。即當氣源供氣中斷，或控制器出故障而無輸出，或控制網膜片破裂而漏氣等而使控制閥無法正常工作，以致閥芯回復到無能源的初始狀態(tài)(氣開閥回復到全閉，氣閉閥回復到全開)，應能確保生產工藝設備的安全，不致發(fā)生事故。(2)從保證產品質量出發(fā)。當發(fā)生控制閥處于無能源狀態(tài)而回復到初始位置時要保證產品的質量。(3)從降低原料、成品、動力損耗來考慮。(4)從介質的特點考慮，以保證在控制閥失去能源時能所處的狀態(tài)能夠避免原料或產品的浪費。而且要注意原料或產品是否易凝、易結晶、易聚合的物料時，以防控制閥失去能源時，會造成不良的后果[2]?？紤]到生產的安全，當煤氣系統(tǒng)中斷或控制器發(fā)生故障無信號輸出，致使執(zhí)行器的閥芯回復到無能源的初始狀態(tài)時，不致于發(fā)生事故，而且焦爐煤氣具有易燃、易爆的性質時，為防止在異常情況下產生爆炸，燃料和空氣流量執(zhí)行器都應選氣開式，一旦發(fā)生事故，則立即處于關閉狀態(tài)，不再提供燃料，以免造成浪費，從而有利于降低原料成本和節(jié)能。為防止在異常情況下爐膛壓力過高會產生爆炸，壓力調節(jié)閥（或煙道百葉窗）應選氣閉式，一旦壓力過高發(fā)生故障時，則壓力執(zhí)行器立即處于全開狀態(tài)，從而避免了壓力過高時產生不良后果。 控制器的選擇控制器是常規(guī)儀表控制系統(tǒng)中的核心環(huán)節(jié)。擔負著整個控制系統(tǒng)的“指揮”工作，正確地選用控制器，可以大大改善和提高整個過程控制系統(tǒng)的控制品質。該控制系統(tǒng)包含流量、溫度和壓力三種控制器，所以必須根據(jù)實際的工藝要求選擇合適的控制器。 控制規(guī)律的選擇控制器主要有三種控制規(guī)律：比例控制規(guī)律、比例積分控制規(guī)律、比例積分微分控制規(guī)律，分別簡寫為P、PI和PID。比例控制規(guī)律（P）的特點是：控制器的輸出信號與輸入信號(偏差)成比例，即閥門的開度變化與偏差變化有對應關系。它能較快地克服擾動的影響，過渡過程時間短。但是，純比例控制器在過渡過程結束后仍然存在余差，而且負荷變化越大，余差也越大。只具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器。比例控制規(guī)律是最基本的控制規(guī)律，它既可以單獨采用，又可以與其他控制規(guī)律結合在一起用，具有結構簡單，整定方便的優(yōu)點。比例控制器適用于調節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、控制要求不高、被控變量允許在一定范圍內有余差的場合。例如，一般的精餾塔塔底液面、貯槽液面、冷凝器液面和次要的蒸汽壓力控制系統(tǒng)，均可采用比例控制器。比例積分控制規(guī)律(PI)的特點是：控制器的輸出不僅與偏差的大小成比例，而且與偏差存在一定的函數(shù)關系。具有比例積分控制規(guī)律的控制器稱為比例積分控制器，比例積分控制規(guī)律是一種應用最為廣泛的控制規(guī)律。它適用于調節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、被控變量又不允許有余差的場合。例如，流量控制系統(tǒng)、管道壓力控制系統(tǒng)和某些要求嚴格的液位控制系統(tǒng)普遍采用比例積分控制器。比例積分微分控制規(guī)律(PID)的特點是：在增加了微分作用后，控制器的輸出不僅與偏差的大小和存在的時間有關，而且還與偏差的變化速度成比例，這就可以對系統(tǒng)小的容量滯后起到超前補償作用，并且對積分作用造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定性也有所改善。把具有比例、積分、微分控制規(guī)律的控制器稱為PID控制器，又稱三作用控制器，比例積分微分控制規(guī)律綜合了多種控制規(guī)律的優(yōu)點，是一種比較理想的控制規(guī)律。適合于調節(jié)通道時間或容量滯后較大、負荷變化大、對控制質量要求較高的場合。目前用較多的是溫度控制系統(tǒng)。根據(jù)工藝的要求和控制規(guī)律的特點，從串級控制系統(tǒng)的結構看,主環(huán)是一個定值系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用。溫度是主變量，為了主變量的穩(wěn)定，主控制器必須具有積分作用，它的控制通道時間或容量滯后較大、負荷變化大、對控制質量要求較高，在這種情況下，為保證主變量的控制精度，故溫度控制器應選用比例積分微分控制規(guī)律(PID)。然而副環(huán)是一個隨動系統(tǒng)，它的給定值隨主控制器輸出的變化而變化，為了能快速、精確地跟隨主控制器的輸出而變化，副控器最好不帶積分作用，因為積分作用會使跟蹤變得緩慢，當選流量作為副參數(shù)時，為保穩(wěn)定，P較大，可引入積分，即采用PI，以增強控制作用；副控制器的微分作用也是不需要的，因為當副控制器有微分作用時，一旦主控制器的輸出稍有變化，控制閥就將大幅度地變化，這對控制也是不利的。只有當副對象容量滯后較大時，可適當加一點微分作用。所以在串級控制系統(tǒng)中的流量控制器即副控制器需要采用比例積分控制規(guī)律（PI）。在比值控制系統(tǒng)中流量的控制通道滯后較小、負荷變化不大、被控變量又不允許有余差，所以流量控制器應選用比例積分控制規(guī)律(PI)。在爐膛壓力單回路控制系統(tǒng)中壓力調節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大，控制要求不高，被控變量只要控制在微正壓即可，允許它在一定范圍內有余差，所以壓力控制器應選用比例控制規(guī)律（P）。 控制器的正反作用選擇工業(yè)控制器一般都具有正作用和反作用兩種工作方式。當控制器的輸出信號隨著被控變量的增大而增加時，控制器工作于正作用方式；當控制器輸出信號隨著被控變量的增大而減小時，控制器工作于反作用方式?？刂破髟O置正、反作用的目的是為了適應不同被控對象，實現(xiàn)閉環(huán)負反饋控制的需要。因為在一個控制系統(tǒng)中，除了控制器外，其它各個環(huán)節(jié)(被控對象、測量變送據(jù)、執(zhí)行器)都有各自的作用方向。如果各環(huán)節(jié)組合不當，使系統(tǒng)總的作用方向構成了正反饋，則控制系統(tǒng)不僅起不到控制作用，反而破壞了生產過程的穩(wěn)定。又因為被控對象、測量變送器和執(zhí)行器的作用方向是不能隨意選定的，所以，要想使控制系統(tǒng)具有閉環(huán)負反饋特征，只有通過正確地選擇控制器的正、反作用來實現(xiàn)。假設對控制系統(tǒng)中的各環(huán)節(jié)作如下規(guī)定：1．控制器工作于正作用方式為“—”，工作于反作用方式為“十”；2．執(zhí)行器的閥門開度隨控制器輸出信號的增加而增大(氣開式)為“十”；隨控制器輸出信號的增加而減小(氣關式)為“一”；3．被控變量隨操縱變量的增加而增加為“十”，隨操縱變量的增加而減小為“一”；4．測量變送器放大倍數(shù)的符號肯定為 “十”。判別準則：只要控制系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)規(guī)定符號的乘積為正，則該系統(tǒng)是一負反饋系統(tǒng)。即負反饋系統(tǒng)要滿足判別式：(控制器)*(執(zhí)行器)*(被控對象)*(變送器)＝(十) 。 串級控制系統(tǒng)中主、副控制器正、反作用的選擇順序應該是先副后主。副控制器的正、反作用要根據(jù)副環(huán)的具體情況決定，而與主環(huán)無關?？紤]問題的出發(fā)點仍與單回路控制系統(tǒng)相同，即為了使副回路構成一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，副環(huán)內所有各環(huán)節(jié)放大倍數(shù)符號的乘積應為“正”。因此，只要知道了控制閥、副對象和副變送器的放大倍數(shù)符號，就可以很容易地確定副控制器的正、反作用，副控制器正、反作用確定之后，就可以確定主控制器的正、反作用。主控制器的正、反作用要根據(jù)主環(huán)所包括的各個環(huán)節(jié)的情況來確定。主環(huán)內包括有主控制器、副回路、主對象和主變送器。對于副回路可將它視為一放大倍數(shù)為“正”的環(huán)節(jié)來看待。因為副回路是一隨動系統(tǒng)，對它的要求是：副變量要能快捷地跟蹤給定值(即主控制器輸出)的變化而變化。因此，整個副回路可視為一放大倍數(shù)為“正”的環(huán)節(jié)看待。這樣，只要根據(jù)主對象與主變送器放大倍數(shù)的符號及整個主環(huán)開環(huán)放大倍數(shù)的符號為“正”的要求，就可以確定主控制器的正、反作用。實際上，