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退火爐自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-資料下載頁

2025-08-16 16:36本頁面

【導(dǎo)讀】本文是基于罩式退火爐的結(jié)構(gòu)及退火原理而設(shè)計(jì)的一套罩式退火爐自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng),主要包括爐膛溫度控制、爐膛壓力控制、燃料壓力控制和冷卻器排水溫度控制。罩式退火爐退火處理是冷軋帶鋼的一個(gè)重要環(huán)節(jié),其作用是消除加工硬化的現(xiàn)象,氣體單垛式緊卷罩式退火爐的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行說明。列舉目前常用的控制系統(tǒng)作參考。

  

【正文】 為了能快速跟蹤,副控制器不帶積分作用,因?yàn)榉e分作用會(huì)使跟蹤變得緩慢。副控制器的微分作用也是不需要的,因?yàn)楦笨刂破饔形⒎肿饔脮r(shí),一旦主控制器和輸出稍有變化, 執(zhí)行器 就將大幅度地變化,這對(duì)控制不利。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書(畢業(yè) 論文 ) 25 圖 是空燃比控制系統(tǒng) 圖 ,通過它便可以使空氣和燃料的比值達(dá)到穩(wěn)定,從而可以控制爐溫,屬于爐膛溫度控制的一部分。接線圖如圖 所示。 副 回 路 P I D 調(diào) 節(jié)器燃 料 執(zhí) 行 器K流 量 變 送空 氣 量 調(diào) 節(jié)器空 氣 執(zhí) 行 器流 量 變 送燃 料空 氣 圖 空燃比控制系統(tǒng) 圖 9 5 11 06 21 11 27 38 41 221 331 41 545開 方 器9 5 11 06 21 11 27 38 4比 值 器9 5 11 06 21 11 27 38 4電 源1 61 71 81 92 01 1167891 0調(diào) 節(jié) 器9 5 11 06 21 11 27 38 4開 方 器2 2 0 V零2 4 V+2 4 V++2 4 V+2 4 V+2 4 V21電 動(dòng) 執(zhí) 行 器1 221 331 41 5451 61 71 81 92 01 1167891 0~ 2 2 0 V1 221 331 41 5451 61 71 81 92 01 1167891 0~ 2 2 0 V記 錄 儀記 錄 儀差 壓 變 送 器差 壓 變 送 器圖 空燃比控制系統(tǒng)接線圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書(畢業(yè) 論文 ) 26 此 設(shè)計(jì) 中 兩 個(gè) 檢測(cè)點(diǎn) 可用 鎳鉻 - 鎳 硅型 熱電 偶 , 此外 用到的儀表有差壓變送器 、溫度變送器、 壓力傳感器、 壓力變送器、 電動(dòng) 執(zhí)行器 、 調(diào)節(jié)器、開方器、安全柵、記錄報(bào)警儀等 ; 燃料 壓力控制 此系統(tǒng)中只要對(duì) 燃料 的流量 加以控制,便可以根據(jù)空煤比來控制空氣的流量,從而達(dá)到 對(duì)溫度的穩(wěn)定控制。 此外出于安全的考慮,必須對(duì) 燃料 的壓力進(jìn)行控制,為此設(shè)計(jì)了一套煤氣壓力 單回路控制系統(tǒng)。 從燃料管路上 取壓并安裝一臺(tái)壓力變送 器,壓力變送器 的輸出 送到調(diào)節(jié)器,從調(diào)節(jié)器出來的控制信號(hào)去控制 執(zhí)行器 的動(dòng)作。此外,將 有關(guān) 數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控室,方便工作人員的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。如圖 所示。 MP R AP CP YP T3 0 73 1 23 1 33 0 8燃 料 圖 燃料壓力控制系統(tǒng) 圖 由于電動(dòng) 閥 符號(hào)為正,其放大倍數(shù)為正,對(duì)象為燃料壓力。當(dāng)閥門開度增大時(shí),壓力將上升,對(duì)象放 大倍數(shù)為正,變送器放大倍數(shù)為正。為使此系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng),此系統(tǒng)中壓力控制器選用反作用。 在現(xiàn)場(chǎng)中,壓力變化迅速,可以仿照流量系統(tǒng)來選擇控制器型式和參數(shù)。壓力控制器的控制規(guī)律應(yīng)選 PI 控制,比例度應(yīng)大,積分可以消除余差,另外由于滯后小,運(yùn)行周期短,積分時(shí)間可以取得很小。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書(畢業(yè) 論文 ) 27 爐 膛 壓力控制 退火鋼卷防止氧化的關(guān)鍵性問題之一是必須使保護(hù)罩內(nèi)的壓力滿足工藝要求。對(duì)于老式砂封的罩式爐爐膛壓力要求達(dá)到 800Pa~1400Pa。因?yàn)閴毫Ω哂?1500Pa,砂封會(huì)被吹開,而低于 500Pa 時(shí),爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)的作用會(huì)使內(nèi)罩下的 壓力形成負(fù)壓,所以要嚴(yán)格控制爐膛的壓力。對(duì)于新式壓膠密封結(jié)構(gòu)新爐子,循環(huán)風(fēng)機(jī)能力又較大,并有分流冷卻系統(tǒng),相應(yīng)爐膛壓力要高。另一個(gè)關(guān)鍵問題是保護(hù)氣體,保護(hù)氣體必須要保證高純度,含氧量要小于 20ppm,露點(diǎn)在- 50℃以下,這樣才能保證爐膛氣氛的可靠性,實(shí)現(xiàn)光亮退火。 圖 是爐膛壓力控制 系統(tǒng) 圖 , 爐膛壓力的控制采用壓力 變送 器采集爐膛壓力信號(hào),并設(shè)有報(bào)警功能。從變送器出來的信號(hào)送往調(diào)節(jié)器,控制爐膛保護(hù)氣體排氣閥的開度來實(shí)現(xiàn)爐膛壓力的穩(wěn)定。 并將 從變送器出來的 信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控,一旦爐膛壓力超出或低于臨界值時(shí) ,便可以 快速 地 采取措施 來達(dá)到爐壓的穩(wěn)定。 P R A6 0 1 6 0 3P YP T6 0 2P I6 0 6P I C6 0 4H I C6 0 5M保 護(hù) 氣 體排 氣 口爐 膛壓 力檢 測(cè) 點(diǎn)M保 護(hù)氣 體H I C5 0 1 圖 爐膛壓力控制 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書(畢業(yè) 論文 ) 28 由于電動(dòng)閥符號(hào)為正,其放大倍數(shù)為正,對(duì)象為 爐膛 壓力。當(dāng)閥門開度增大時(shí),壓力將下降,對(duì)象放大倍數(shù)為負(fù),變送器放大倍數(shù)為正。為使此系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng),此系統(tǒng)中壓力控制器選用正作用。 壓力控制器控制規(guī)律的選擇也是 PI 控制,道理跟燃料壓力控制一樣。 冷卻器排水溫度控制 快速冷卻設(shè)備用到的是分流快速冷卻設(shè)備,所謂分流快速冷卻設(shè)備是指在爐臺(tái)中心照常安裝一臺(tái)爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī), 與 沒安 裝分流快速冷卻設(shè)備一樣,正常操作運(yùn)轉(zhuǎn)。而另外安裝一套單獨(dú)系統(tǒng),包括一臺(tái)分流風(fēng)機(jī)、冷卻器、控制蝶閥以及管路等。在分流快速冷卻設(shè)備工作時(shí),分流風(fēng)機(jī)只能從爐內(nèi)一側(cè)吸入 1/3~1/4 的保護(hù)氣體,而不是全部保護(hù)氣體進(jìn)行快速冷卻,故稱作分流快速冷卻設(shè)備。 分流快速冷卻設(shè)備主要由分流風(fēng)機(jī)、冷卻器、控制蝶閥、波形管以及管路等組成。圖 是分流快速冷卻設(shè)備示意圖。 該設(shè)備安裝在爐臺(tái)下部,在進(jìn)行分流快速冷卻的時(shí) 23154 圖 分流快速冷卻設(shè)備示意圖 1分流風(fēng)機(jī) 。2冷卻 器 。3控制蝶閥 。4波形管 。5全封閉冷卻水套 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書(畢業(yè) 論文 ) 29 候, 當(dāng)爐氣熱電偶溫度達(dá)到 500℃后,開始啟動(dòng)分流快速冷卻風(fēng)機(jī)。溫度過高時(shí)接通快速冷卻設(shè)備不能起到提高冷卻速度的作用。 500℃時(shí)接通可以減弱熱交變應(yīng)力,這一熱交變應(yīng)力對(duì)保護(hù)罩有損害。高溫急劇下降保護(hù)罩可能產(chǎn)生輕微的不密封現(xiàn)象。分流風(fēng)機(jī)把一部分熱保護(hù)氣體,從保護(hù)罩一側(cè)抽到分流快速冷卻系統(tǒng)中,經(jīng)過水冷卻器使熱保護(hù)氣體冷卻到 50℃左右,然后把冷卻后的冷保護(hù)氣體再送回到保護(hù)罩另一側(cè)。在分流風(fēng)機(jī)出口管路中安裝一個(gè)控制蝶閥,不使用分流冷卻設(shè)備時(shí),關(guān)閉此蝶閥。 冷卻器的排水 溫度有限制,一般規(guī)定出水口水溫不大于 42℃,水溫采用 單回路控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),如圖 所示 。 冷卻水溫度檢測(cè)用 Pt100 熱電阻 ,如果發(fā)現(xiàn)超溫,則應(yīng)檢查供水管網(wǎng)壓力或溫度,以及入水口過濾器是否堵塞。 此系統(tǒng)中控制閥選用電動(dòng)閥,其放大倍數(shù)為正,對(duì)象為冷卻水排出水溫度。當(dāng)閥門開度增大時(shí),冷卻水排出水溫度將下降,對(duì)象放大倍數(shù)為負(fù),變送器放大倍數(shù)為正。為使此系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng),此系統(tǒng)中溫度控制器選用正作用。 此控制中冷卻水排水溫度控制精度要求高,希望動(dòng)態(tài)偏差較小,應(yīng)加積分控制。溫度對(duì)象時(shí)間滯后比較大,應(yīng)加微分控制 ,控制器應(yīng)選用 PID 控制規(guī)律。 冷 卻 器MT I CT R A T YT T4 0 14 0 54 0 44 0 2冷 卻 水 排 出 圖 冷卻器排水溫度控制系統(tǒng) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書(畢業(yè) 論文 ) 30 儀表 功能及選型 在此次設(shè)計(jì)中,用到的儀表有 傳感器、 調(diào)節(jié)器、變送器、記錄儀、 執(zhí)行器 、比值器等 、開方器 ,在此就一些 主要 儀表 的 選型 方法作簡(jiǎn)要介紹 。 熱電偶和熱電阻 熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛的一種溫度傳感器, 該 設(shè)計(jì)中應(yīng)用鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)熱電偶(分度號(hào)為 K)。該種熱電偶的正極為含鉻 10%的鎳鉻合金,負(fù)極為含硅 3%的鎳硅合金。它的負(fù)極親磁,依據(jù)此特性,用磁鐵可以很方便地鑒別出熱電偶的負(fù)極。它 的特點(diǎn)是使用溫度范圍寬,高溫下性能較穩(wěn)定,熱電熱與溫度的關(guān)系近似線性,價(jià)格便宜,因此 , 它是目前用量最大的一種熱電偶。它適用于氧化性及惰性氣氛中連續(xù)使用,短期使用溫度為 1200℃,長期使用溫度為 1000℃。 熱電阻廣泛用于測(cè)量- 200~+850℃范圍內(nèi) 的 溫度,在特殊情況下,低溫可測(cè) 1K 左右,高溫可測(cè)到 1000℃。它的準(zhǔn)確度高,輸出信號(hào)大,靈敏度高 ,測(cè)溫范圍廣,無需冷端等優(yōu)越性,此設(shè)計(jì)中選 用 Pt100 鉑電阻測(cè)量冷卻器排水溫度。 調(diào)節(jié)器 ⑴ 調(diào)節(jié)器的原理 調(diào)節(jié)器將來自變送器的測(cè)量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比 例、積分、微分(PID)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)溫度及其他工藝變量的自動(dòng)控制。調(diào)節(jié)器的運(yùn)算規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與輸入偏差之間隨時(shí)間變化的規(guī)律。 理想的 PID 調(diào)節(jié)器的運(yùn)算規(guī)律可用下式表示 ???????? ???? ?t DIP dtdTdtTKy01 ??? () 也可用傳遞函數(shù)表示為 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書(畢業(yè) 論文 ) 31 ? ? ? ?? ? ???????? ????? sTsTKsE sYsW DIP11 () 式中 , 第一項(xiàng)為比例 (P)部分,第二項(xiàng)為積分 (I)部分,第三項(xiàng)為微分 (D)部分,各變量的意義如下: K p —— 調(diào)節(jié)器的比例增益 ; TI —— 調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 ; TD —— 調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間 。 實(shí)際 PID 調(diào)節(jié)器的運(yùn)算規(guī)律表達(dá)式要復(fù)雜些,其傳遞函數(shù)常用下式表示 ? ? ? ?? ?sKsTsTKFsTsFTFKsEsYsWDDIIDIP??????? 1111 ( ) 式中 , F —— 調(diào)節(jié)器變量之間的相互干擾系數(shù),可表示為IDTTF ???1 ,其中比例系數(shù) ? 的大小與調(diào)節(jié)器的構(gòu)成方式有關(guān)。該式表明,當(dāng)調(diào)節(jié)器無積分作用( ??IT )或無微分作用 ? ?0?DT 時(shí), 1?F ; FKP —— 考慮相互干擾系數(shù)后的實(shí)際比例增益; IFT —— 考慮相互干擾系數(shù)后的實(shí)際積分時(shí)間; FTD —— 考慮相互干擾系數(shù)后的實(shí)際微分時(shí)間; IK —— 積分增益; DK —— 微分增益。 當(dāng) IK 、 DK 均很大時(shí),則上式就近似等于理想 PID 運(yùn)算規(guī)律的表達(dá)式了。 在數(shù)字式控制器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,對(duì)每個(gè)控制回路的被控變量處理在時(shí)間上是離散斷續(xù)進(jìn)行的,其特點(diǎn)是采樣控制。 離散 PID 算法基本形式是對(duì)模擬控制器 PID 算式離散化得來的,有下列幾種算法。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書(畢業(yè) 論文 ) 32 ① 位置算法 )]1()([)()()1()()()()( 00 ?????? ?????? ?? ?? kekeKieKkeKt kekeTKtieTKkeKku DkiIcDckiI cc ( ) 式中, Kc 為比例增益; KI為積分系數(shù); KD為微分系數(shù) ; 積分系數(shù) KI= KcTS/TI, TI為積分時(shí)間 ; 微分系數(shù) KD= KcTD/TS, TD為微分時(shí)間。 TS為采樣周期(即采樣間隔 時(shí)間 t? ), k 為采樣序號(hào)。 ② 增量算法 )1()()( ???? kukuku = ??? ?)]2()1([)1()()()( ????????? kekekekeKkeKkeKc DI = )]2()1(2)([)()]1()([ ???????? kekekeKkeKkekeKc DI ( ) 式中, )(ku? 對(duì)應(yīng)于在兩次采樣時(shí)間間隔內(nèi)控制閥開度的變化量。 ③ 速度算法 )]2()1(2)([)()]1()([)()( 2 ???????????? kekekeTK c KkeTKckekeTKct kukvSDIS ( ) 式中, )(kv 是輸出 變化速率。由于采樣周期選定后, TS就是常數(shù),因此速度算式與增量版式?jīng)]有本質(zhì)上的差別。實(shí)際數(shù)字式控制器和計(jì)算機(jī)控制中,增量算式用得最多。 ⑵ 控制規(guī)律的選擇 過程工業(yè)中常見的被控參數(shù)有溫度、壓力、液位和流量。工業(yè)用控制器常見的有開關(guān)控制器、比例控制器、比例-積分控制器、比例微分控制器、比例-積分-微分控制器??刂破骺刂埔?guī)律的選擇可以參照下面一些基本原則: ① 對(duì)于不太重要的參數(shù),例如中間儲(chǔ)罐的液位、熱量回收預(yù)熱系統(tǒng)等,控制一般要求不太嚴(yán)格,可考慮比例控制,甚至采用開關(guān)控制; 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書(畢業(yè) 論文 ) 33 ② 對(duì)于不太重要的參數(shù),但是慣性較 大,又不希望動(dòng)態(tài)偏差較大,可考慮采用比例-微分控制器,但是對(duì)于系統(tǒng)噪聲較大的參數(shù),例
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