【文章內(nèi)容簡介】 ：80m煙囪出口直徑： 加熱爐基本參數(shù)a) 坯料規(guī)格連鑄坯：厚度：200mm、220mm、300mm寬度：對220mm坯料　　　　　 1800～2600mm對250、320mm坯料　　 1800～2600mm長度：2600～4800mm 標準板坯規(guī)格22022003600mm b) 加熱鋼種碳素結(jié)構(gòu)鋼板、低合金結(jié)構(gòu)鋼板、建筑結(jié)構(gòu)板、耐大氣腐蝕鋼板、橋梁鋼板、造船鋼板、管線鋼板、鍋爐鋼板、壓力容器鋼板、機械工程用鋼板等。c) 坯料入爐溫度冷坯：室溫（以20℃計）。熱坯：400～700℃；熱裝比：40～50%。d) 坯料出爐溫度：1050～1250℃。e) 爐子座數(shù)：2座f) 爐子小時產(chǎn)量：220t/h(額定) 280t/h(最大)g) 年加熱量：～200萬t；h) 燃料種類：焦爐煤氣，其低發(fā)熱值為4000。 爐型結(jié)構(gòu)特點加熱爐采用端部裝鋼機上料和端部出鋼機出料方式，加熱爐上部采用平焰燒嘴和側(cè)向燒嘴相結(jié)合的供熱形式；下部全部采用側(cè)向供熱方式。加熱爐共設(shè)置八個爐溫自動控制段。爐型采用上、下供熱滾輪斜臺面全液壓驅(qū)動的步進梁式加熱爐。加熱爐的結(jié)構(gòu)：一座爐子配備兩臺裝鋼機，兩臺裝鋼機可以同時運行（不要求同步）。一座爐子配備兩臺出鋼機，兩臺出鋼機可以同時運行（不要求同步）。為適應(yīng)雙排裝料，加熱爐設(shè)置兩套步進機械，雙升降框架和平移框架，配備各自的傳動機構(gòu)，提高加熱爐的操作靈活性。加熱爐設(shè)八個供熱段，八段爐溫自動控制，通過設(shè)定各部分加熱的溫度值，控制各段燃料量的輸入，保證出鋼溫度及溫度的均勻性。加熱爐配置的燒嘴調(diào)節(jié)比大，可靈活調(diào)節(jié)供熱量。燒嘴的供熱能力是通過熱工計算確定的，在確定各燒嘴的供熱能力時考慮一定的富裕能力，便于各段爐溫制度的調(diào)節(jié)。燒嘴的型式及供熱能力見表21。表21 加熱爐燒嘴型式及能力配置部 位上部加熱段下部加熱段各 段 名 稱預(yù)熱段加熱1加熱2均熱段預(yù)熱段加熱1加熱2均熱段供熱比例（%）燒嘴個數(shù)6103630610128燒嘴型式側(cè)燒嘴側(cè)燒嘴平焰平焰?zhèn)葻靷?cè)燒嘴側(cè)燒嘴側(cè)燒嘴為了適應(yīng)熱坯加熱和冷熱坯交替裝入時的加熱要求，以及爐子小時產(chǎn)量變化大（177～300t/h）和加熱溫度變化大（1050～1250℃）的加熱要求，采用多區(qū)供熱的箱型結(jié)構(gòu)，便于分區(qū)控制各段溫度；各供熱段用隔墻適當(dāng)分隔，預(yù)熱段和一加熱段設(shè)有開關(guān)式燒嘴，在熱裝時可以根據(jù)需要關(guān)閉預(yù)熱段和一加熱段燒嘴，獨立地進行流量調(diào)節(jié)和溫度控制。多區(qū)分段控制能很好地適應(yīng)低溫加熱與控制軋制，同時適應(yīng)加熱爐產(chǎn)量的變化。第三章 加熱爐基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)隨著冶金生產(chǎn)技術(shù)和工藝設(shè)備的不斷發(fā)展，以及計算機和可編程控制器的出現(xiàn)，加熱爐的的計算機控制系統(tǒng)也得到了日益廣泛的應(yīng)用，基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的組成主要是PLC+HMI系統(tǒng)組成了監(jiān)視和控制系統(tǒng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)HMI和PLC以及PLC和現(xiàn)場級控制設(shè)備的通訊和控制?；A(chǔ)自動化系統(tǒng)包括燃控系統(tǒng)和順控系統(tǒng)，它們的功能介紹如下：燃控系統(tǒng)主要功能：（1）每段爐溫自動控制、記錄、聯(lián)鎖報警；（2）每段煤氣流量控制、記錄、聯(lián)鎖報警；（3）每段空氣流量控制、記錄、聯(lián)鎖報警；（4）爐壓控制、記錄、聯(lián)鎖報警；（5）爐內(nèi)含O2量檢測控制；（6）爐尾爐溫測量、指示；（7）換熱器前后煙溫測量、指示、聯(lián)鎖報警；（8）換熱器煙溫保護控制、記錄、聯(lián)鎖控制；（9）燃燒空氣壓力控制、記錄、聯(lián)鎖控制；（10）煤氣總管壓力控制、記錄、聯(lián)鎖控制。順控系統(tǒng)的主要功能：（1）板坯在板坯庫輥道、裝爐輥道上定位；（2）稱重機控制；（3）板坯測長，測寬；（4）推鋼機位置及行程控制；（5）裝出爐輥道的控制；（6）加熱爐裝出料側(cè)的爐門控制；（7）步進機械控制；（8）板坯在爐區(qū)輥道上的位置跟蹤；（9）液壓站設(shè)備控制。以下重點分析本項目中采用的雙交叉限幅溫度控制系統(tǒng)和模糊控制器的設(shè)計，以及步進梁的速度曲線優(yōu)化策略。 雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)目前最常用的控制方式為串級雙交叉限幅空燃比控制， 雙交叉限幅溫度控制系統(tǒng)TPV、SPt—爐溫的測量值和設(shè)定值PVf、SPf—燃料流量的測量值和設(shè)定值PVa、SPa—空氣流量的測量值和設(shè)定值HS、LS—高值和低值選擇器TC、FfC、FaC—分別為溫度、燃料流量、空氣流量調(diào)節(jié)器x、1/x—乘法器和除法器bbbb4—偏置系數(shù)HL、LL—高頻和低頻濾波器TPV—爐溫MVt—溫度調(diào)節(jié)器輸出(燃料目標流量)目前，維持確定空燃比的爐溫控制算法已經(jīng)逐漸成熟，在雙交叉限幅的基礎(chǔ)上，又開發(fā)了變增益交叉限幅、串級比值等新的控制策略。爐溫調(diào)節(jié)除普通的串級PID外，也出現(xiàn)了改進型的二自由度PID、I－PD等類型。交叉限幅控制的特點是采用一個最大選擇器和一個最小選擇器，其目的是保證當(dāng)爐溫低于設(shè)定值，需要增加燃料流量時空氣先行；而當(dāng)爐溫高于設(shè)定值，需要減少燃料流量時燃料先行，以防止冒黑煙。該方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)燃燒控制中，它能在動態(tài)過程中保證空燃比在規(guī)定范圍內(nèi)，從而使燃燒過程最佳，節(jié)約能量，減少環(huán)境污染。通過雙交叉限幅控制系統(tǒng)的投用，使得在整個自動燃燒的過程中，~，在生產(chǎn)節(jié)奏發(fā)生變化時，空煤氣流量發(fā)生較大變化時，空燃比始終能保持動態(tài)的跟蹤，沒有出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象，氧化燒損也較理想，實現(xiàn)了空燃比的自動控制。 爐溫模糊控制系統(tǒng)串級雙交叉限幅控制系統(tǒng)實現(xiàn)了空氣和燃料比例控制和動態(tài)條件下的空燃比控制，較好地解決了燃料的不完全燃燒的現(xiàn)象，但無法實現(xiàn)爐溫的快速響應(yīng)控制，傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)能實現(xiàn)很小的穩(wěn)態(tài)誤差，但溫度偏差大時的快速溫度控制也難以實現(xiàn)，本文結(jié)合近年來廣泛應(yīng)用的智能控制理論：模糊控制算法，提出了FUZZYPID控制算法，在溫度偏差大和溫度偏差的速率大時，采用模糊控制算法，用模糊控制器代替串級溫度控制中的溫度調(diào)節(jié)器Tc，將模糊控器的輸出送至雙交叉限幅運算器，經(jīng)雙交叉限幅計算后送至空煤氣調(diào)節(jié)器，使空煤氣調(diào)節(jié)閥能較快地響應(yīng)，實現(xiàn)溫度快速響應(yīng)，在穩(wěn)態(tài)誤差較小時，恢復(fù)到串級控制，采用溫度調(diào)節(jié)器和流量調(diào)節(jié)器的串級PID控制系統(tǒng)，實現(xiàn)高精度的溫度控制。與傳統(tǒng)控制方法相比，模糊控制的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下兩個方面。首先，模糊控制不需要控制系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型。第二，在工程實際中，可以根據(jù)經(jīng)驗建立較好的模糊控制器。區(qū)別于傳統(tǒng)控制器設(shè)計方法，模糊控制系統(tǒng)設(shè)計不需要精確的數(shù)學(xué)模型。即模糊規(guī)則、模糊邏輯運算和模糊集隱含地包括了系統(tǒng)模型。模糊規(guī)則將描述系統(tǒng)狀態(tài)變量的模糊集與模糊控制器的輸出聯(lián)系起來。模糊控制將模糊建模任務(wù)和系統(tǒng)控制任務(wù)結(jié)合在一個任務(wù)中，通過避免分別的建模任務(wù)，通?？梢愿行Ш透咝У亟鉀Q控制問題?，F(xiàn)今，模糊控制器和控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用證明了這點。 模糊控制器結(jié)構(gòu)模糊控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制，它模仿人的模糊推理和決策過程。首先，將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗編成模糊規(guī)則，然后將來自傳感器的實時信號模糊化，將模糊化后的信號作為模糊規(guī)則的輸入，進行模糊推理，將推理后得到的輸出量送到執(zhí)行器或者下一級控制系統(tǒng)中。，由四部分組成。其中為系統(tǒng)的給定值，是系統(tǒng)偏差、是偏差的變化率(也可以是偏差的積分)，為系統(tǒng)輸出。和是模糊控制器的輸入，為控制器的輸出。、分別是、和的模糊量。 基本模糊控制器的結(jié)構(gòu)1)模糊化：主要作用是將真實世界的確定量輸入轉(zhuǎn)換為一個模糊矢量。2)規(guī)則庫：規(guī)則庫中包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的規(guī)則和控制目標。它通常由數(shù)據(jù)表和模糊控制規(guī)則兩部分組成。3)模糊推理：模糊推理是模糊控制器的核心，它具基于模糊概念的有模擬人的推理能力。該推理過程是基于模糊邏輯中的蘊含關(guān)系及推理規(guī)則來進行的。4)清晰化：清晰化也是反模糊化，是將模糊推理得到的控制量(模糊量)變化為實際用于控制的精確量。爐溫的控制，最終是通過控制空氣和煤氣調(diào)節(jié)閥的開度變化，改變進入爐膛燃燒的煤氣量來實現(xiàn)溫度控制的。爐溫的模糊控制和串級PID控制的自動切換，是根據(jù)溫度的偏差大小來自動實現(xiàn)的，當(dāng)溫度偏差較大時，為使溫度能快速地響應(yīng)，從而用模糊控制方法，當(dāng)溫度的偏差值進入一定的區(qū)間時，則自動轉(zhuǎn)換為PID控制，實現(xiàn)較小穩(wěn)態(tài)誤差控制。爐膛溫度為被控制量，煤氣流量為控制量，根據(jù)實際控制要求，本模糊控制器溫度值與給定值的偏差E的語言變量值取(負大，負中，負小，零，正小，正中，正大)，偏差的變化率EC及煤氣流量的增量的語言變量值取(負大，負中，負小，零，正小，正中，正大)，量化等級都取{6，5，4，3，2，1，0，+l，+2，+3，+4，+5，+6}，各模糊子集的隸屬函數(shù)取三角型函數(shù)。由于在不同的溫度下，系統(tǒng)要求的工作狀態(tài)是不同的，對誤差及誤差變化率的加權(quán)值應(yīng)有所不同，當(dāng)溫度誤差E比較大時，模糊控制器的主要任務(wù)是快速地消除誤差，因此應(yīng)該取較大的值，即加強誤差E的權(quán)值，以加速系統(tǒng)的響應(yīng)速度。反之，當(dāng)溫度誤差E較小時，控制器的主要任務(wù)是使系統(tǒng)盡快趨于穩(wěn)定，應(yīng)取較小的α值，既加強誤差變化率EC的權(quán)值，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了滿足系統(tǒng)在不同的狀態(tài)下對修正因子的不同要求，引入了2個修正因子和。表達式如下： ()其中，為0到1之間的實數(shù)，且。通常情況下，選取。本系統(tǒng)中選取。 模糊控制查詢表在已知E和EC的條件下，可以通過表來求得煤氣流量的增量，再按最大隸屬度原則解模糊，選擇隸屬度最大的元素為精確控制信號，即為實際煤氣流量的增量。所以煤氣流量的實際輸出信號為： ()此值作為煤氣調(diào)節(jié)器的輸入值，同時在雙交叉限幅模塊的計算下，空氣調(diào)節(jié)器的輸入值也被更新，在空煤氣調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)下，空煤氣閥門快速動作，從而達到快速控制爐溫的目的。 實際應(yīng)用及效果根據(jù)實際的調(diào)試結(jié)果，我們把爐膛溫度T的誤差信號的實際論域定為[60,+60]℃，誤差的變化量實際論域定為[3,+3]℃/min，為了表述方便，我們把和的論域按比例變換到[6，+6]。當(dāng)溫度的實際值和設(shè)定值的偏差大于20℃時，模糊控制器的輸出被送到空煤氣PID調(diào)節(jié)器，當(dāng)溫度的偏差值小于20℃時，溫度調(diào)節(jié)器的輸出被送到空煤氣調(diào)節(jié)器，為了減小兩種控制器切換時爐溫的較大波動，兩組控制器的切換設(shè)計了無擾切換功能，實際應(yīng)用表明，基于模糊控制理論和傳統(tǒng)串級溫度控制回路結(jié)合的FUZZYPID調(diào)節(jié)器，能較好地解決溫度偏差大時，溫度控制的動態(tài)響應(yīng)速度。 步進梁速度優(yōu)化控制 速度曲線控制原理步進梁式加熱爐通過上升前進下降后退的周期運動，將裝料側(cè)的鋼坯一步一步地向出料側(cè)移動，在步進運動中，整個步進機械的平移框架、升降框架、水梁和爐膛內(nèi)的所有板坯都隨步進機械做整體的步進運動，以本項目為例，整體步進的設(shè)備和板坯總重量達500噸以上。因而，在步進梁周期運動的過程中，必須實現(xiàn)曲線運動，在動梁上升和下降到和固定梁同一標高時，必須實現(xiàn)低速運動，同時在啟動和停止的過程也必須按一定的加減速度實現(xiàn)啟動和停止，在動梁平移的過程中，啟動和停止的過程也要遵循一定的加減速度，這樣才能實現(xiàn)步進機械的平穩(wěn)運行，減小板坯對梁的沖擊。但為了保證加熱爐的產(chǎn)量，使板坯在規(guī)定的加熱時間內(nèi)到達出料側(cè)，步進機械在其它階段必須要高速運動。因此，這個矛盾的存在，就需要通過步進梁的曲線運動，來實現(xiàn)步進梁的平穩(wěn)運行的同時，保證步進的周期。步進梁的速度控制方法為通過PLC的AO輸出，將電壓或電流信號送至液壓比例閥的信號輸入端，通過調(diào)節(jié)控制比例閥的開度，從而控制進入步進梁的升降和平移油缸的進出油量來實現(xiàn)對步進梁的速度控制。也就是說，通過控制加到比例閥的電流或電壓信號的大小，控制油缸的進出油量，來實現(xiàn)步進機械的速度控制。步進梁的速度曲線控制是步進梁式加熱爐順控的重點和難點。 典型步進梁速度曲線，在步進梁上升的過程中，有兩次加速和減速過程，這是為了實現(xiàn)步進梁在向上運動到和固定梁同一高度時，速度較低，使鋼坯抬起的速度較小，這樣鋼坯對動梁的沖擊較小，實現(xiàn)輕抬。在步進梁下降的過程中，同樣有兩次加速和減速，這是為了將鋼坯從動梁放到固定梁時的速度較低，同樣減小鋼坯對梁的沖擊，延長梁的壽命，實現(xiàn)輕放。在前進和后退時，只有一次加速和減速過程，實現(xiàn)動梁平移的平穩(wěn)啟動和準確停止，實現(xiàn)步距的精確控制。速度控制可以使步進梁運動平穩(wěn)，鋼坯在運動過程中輕抬輕放，使步進梁在運動過程中沖擊大大減小，但是速度控制使步進周期延長，加熱爐的小時產(chǎn)量受到影響，因而如何在步進梁運行穩(wěn)定的條件下，縮短步進周期，步距準確，同時使PLC控制程序又具有通用性，可以適應(yīng)各種步進梁的速度控制，是十分必要的。 速度曲線優(yōu)化控制及分析由于不同的加熱爐，在步進機械的大小和重量，滿載時鋼坯的重量，液壓油泵的工作壓力和流量，比例閥的選型等等方面，都存在差異，因而步進梁的速度控制程序的參數(shù)就需要根據(jù)上述條件在現(xiàn)場調(diào)試的時候進行調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)場實際運行的狀況，找到最佳的速度曲線，實現(xiàn)穩(wěn)準快的控制。因此，在開發(fā)控制程序時，就要針對上述條件，開發(fā)具有變參數(shù)功能的通用程序塊，以適應(yīng)不同的加熱爐實際。這樣在現(xiàn)場調(diào)試的過程中，只需要根據(jù)具體加熱爐的類型來調(diào)整各個參數(shù)，即可實現(xiàn)快速的調(diào)試，大大加快了加熱爐的調(diào)試進度，縮短了調(diào)試的周期。同時，隨著設(shè)備運行時間的加長，各種設(shè)備的性能均會發(fā)生變化，開發(fā)了具有可調(diào)參數(shù)的速度控制功能塊后，可以在以后的生產(chǎn)維護過程中及時調(diào)整參數(shù)，使步進機械始終工作在較好的狀態(tài)。 優(yōu)化的步進梁速度曲線現(xiàn)對典型的速度控制曲線和優(yōu)化后的曲線進行對比分析，說明如下：1），Y為前