【正文】 現(xiàn)出簡單而優(yōu)良的特性，而且障礙柱體使流體產(chǎn)生的壓力損失要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于孔板等節(jié)流元件所產(chǎn)生的壓力損失，所以，本設(shè)計(jì)選用渦街流量計(jì)測量煤氣的流量和助燃空氣的流量。渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高,可在20℃—+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。無可動機(jī)械零件，因此可靠性高,維護(hù)量小。渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)管道中的流體遇到橫置的、滿足一定條件的柱狀障礙物時(shí)，會產(chǎn)生有規(guī)律的周期性漩渦序列，其漩渦系列平行排成兩行，如同街道兩旁的路燈，俗稱“渦街”。目前已有的質(zhì)量流量檢測儀表有科里奧利式流量計(jì)、量熱式流量計(jì)、角動量式流量計(jì)等。當(dāng)溫度和壓力波動頻繁時(shí)測量參數(shù)多、計(jì)算工作繁瑣、累積誤差大、測量精度難以提高。①間接法是用測得的體積流量乘以密度求得質(zhì)量流量。目前工業(yè)上常用的基于速度法的流量檢測儀表有節(jié)流式（又稱差壓式）流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、旋渦式流量計(jì)、渦輪式流量計(jì)、電磁式流量計(jì)、靶式流量計(jì)、超聲式流量計(jì)等。容積法測量流量受流體狀態(tài)影響小，適用于測量高粘度流體，測量精度高。①容積法是以單位時(shí)間內(nèi)排出流體的固定體積數(shù)來計(jì)算流量。若按檢測的最終結(jié)果分類，可分為體積流量檢測法和質(zhì)量流量檢測法。 流量檢測元件在工程上，常把單位時(shí)間內(nèi)流過工藝管道某截面的流體數(shù)量稱為瞬時(shí)流量，而把某一段時(shí)間內(nèi)流過工藝管道某截面的流體總量稱為累積流量。因?yàn)殇撆骷訜釡囟葹?050—1250℃，加熱爐預(yù)熱段溫度在750—1100℃；加熱段溫度在1250—1300℃；均熱段溫度在1150—1250℃。S型熱電偶具有準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。溫度在300℃—600℃時(shí)可選用鎳鉻—康銅熱電偶（E）；但由于考銅合金絲易氧化變質(zhì)，因此用在測量高于500℃的蒸汽溫度時(shí)，宜選用鎳鉻一鎳硅熱電偶（K）；溫度在600℃至1000℃時(shí)選用鎳鉻一鎳硅熱電偶（K）；溫度在1000℃至1300℃時(shí)應(yīng)該選用鉑銠—鉑熱電偶（S）。熱電偶回路中的熱電動勢由接觸電動勢和溫差電動勢兩部分組成。將兩種材質(zhì)不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路就構(gòu)成了熱電偶。熱電偶的熱電動熱將隨著測量端溫度升高而增長，它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電極的長度、直徑無關(guān)。 檢測元件的選擇 溫度檢測元件熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件,是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí)，當(dāng)兩接合點(diǎn) 熱電偶溫度不同時(shí)，就會在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如設(shè)定好上部均熱區(qū)溫度后，其溫度設(shè)定值不僅參與上部均熱區(qū)燃料和空氣流量的控制，而且作為溫度調(diào)節(jié)系數(shù)參與下部均熱區(qū)燃料和空氣流量的控制。在燃燒控制中燃料介質(zhì)一定，因此可通過理論計(jì)算出消耗單位燃料而需要的空氣量，作為空氣流量整定值修正空氣流量；同時(shí)也可通過檢測空氣實(shí)際流量來修正燃料控制流量，以達(dá)到最佳燃燒，即現(xiàn)在燃燒控制中常用的雙交叉燃燒控制。 燃料流量的控制燃燒控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)燃料的流量達(dá)到控制爐膛溫度的目的。當(dāng)TiTi1∈[NO,PO]且尋優(yōu)步長Ui∈[NS,PS]時(shí)，停止自尋優(yōu)搜索，轉(zhuǎn)而啟動爐膛溫度模糊控制。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，停止?fàn)t膛溫度的模糊控制，以煤氣流量為基準(zhǔn)，通過修正空/燃比值，改變空氣的配入量，然后再采用一個(gè)定值PID調(diào)節(jié)，使空氣流量達(dá)到所要求的值。 空燃比控制從節(jié)省能源和保護(hù)環(huán)境的要求出發(fā)，應(yīng)以最佳的空氣/燃料比控制燃燒。雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)中燃料流量設(shè)定信號和空氣流量設(shè)定信號總是用對方的實(shí)際流量來驗(yàn)證它是否合適，通過相互制約防止負(fù)荷變化時(shí)出現(xiàn)燃料過剩和空氣過度過剩，從而將空氣過剩系數(shù)的設(shè)定值減少至極限值上，實(shí)現(xiàn)了對剩余空氣系數(shù)進(jìn)行雙向限幅功能。雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：雙交叉限幅燃燒控制方式能有力地限制空氣過剩率的實(shí)際值，從而保證了空氣過剩不至于遠(yuǎn)遠(yuǎn)地偏離設(shè)定值，保證燃燒系統(tǒng)工作在最佳燃燒區(qū)域內(nèi)，減少了缺氧燃燒和過氧燃燒帶來的熱損失，最大程度上降低了黑煙及NOx和SOx給環(huán)境帶來的污染。有以上分析可見，通過此系統(tǒng)進(jìn)行燃燒控制，無論負(fù)荷怎樣變化，實(shí)際空燃比都在一個(gè)較小的范圍內(nèi)波動（波動范圍由K1，K2，K3，K4確定），可防止溫度或負(fù)荷變化時(shí)空氣煤氣流量的突變，保證溫度均衡變化。而K3K2這可以保證在降溫時(shí)，空氣量隨著煤氣量的減少而減少，即煤氣先行。隨著空氣煤氣流量在相互制約中的不斷增加，最終溫度調(diào)節(jié)器的輸出又與煤氣、空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值相等，此時(shí)系統(tǒng)又處于平衡狀態(tài)，交叉制約結(jié)束。⑵爐溫低于設(shè)定值時(shí)（升溫調(diào)節(jié)過程）溫度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用使得其輸出增大，而此時(shí)實(shí)際檢測的煤氣流量還沒有改變，在空氣側(cè)，經(jīng)低選、高選得到空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值：B=min{A,Fg(1+K4)}= Fg(1+K4) （）SPa=max{ Fg(1+K4),Fg(1K2)}β= Fg(1+K4)β （）在煤氣側(cè)經(jīng)高選、低選得到煤氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值：D=max{C,Fa(1K3)/β}= MVtRf （）SPg=min{MVtRf,Fa(1+K1)/β}=Fa(1+K1)/β （）從以上兩式可看出，空氣流量隨煤氣流量的增加而增加，反之煤氣流量又隨空氣流量的增加而增加，交叉制約開始，溫度不斷上升，而K4 K1這可以保證在升溫時(shí)，煤氣量隨著空氣量的增加而增加，即空氣先行。而在空氣流量控制回路中，煤氣流量測量值經(jīng)正向偏置后與溫度調(diào)節(jié)氣的輸出一起進(jìn)入低值選擇器，選擇低值再與煤氣流量測量值經(jīng)負(fù)向偏置后的值一起進(jìn)入高值選擇器，高值作為空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。煤氣流量和空氣流量與爐溫調(diào)節(jié)構(gòu)成串級平行控制系統(tǒng)，在空氣流量調(diào)節(jié)回路和煤氣流量調(diào)節(jié)回路各自設(shè)有一個(gè)高選擇器和低選擇器及一些運(yùn)算單元。當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，空氣流量的變化和煤氣流量的變化相互制約，并使空氣流量和煤氣流量在預(yù)先設(shè)定好的空燃比范圍內(nèi)變化，以保證調(diào)溫過程的最佳燃燒狀態(tài)。其中，溫度控制回路是主回路，溫度控制器是主控制器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的粗調(diào)，煤氣和空氣流量回路是平行的副回路，煤氣控制器和空氣控制器是平行的副控制器，完成精確控制。 燃燒控制回路我們選擇在加熱Ⅱ段和均熱段采用雙交叉限幅燃燒控制?！?，理想的燃燒過程應(yīng)該是無論負(fù)荷穩(wěn)定還是急劇變化的情況下都能在最佳燃燒區(qū)內(nèi)進(jìn)行。相反，如果燃燒空氣過多，多余的空氣被加熱后隨著廢氣一同帶走，造成熱效率降低，而且造成鋼坯表面過氧化。 燃燒控制系統(tǒng) 雙交叉限幅控制加熱爐生產(chǎn)控制過程中使空氣和煤氣保持一定的比例，是加熱爐達(dá)到最佳燃燒的關(guān)鍵所在。⑷爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置了自動與手動2種控制方式,通過控制煙道閘板的開度來調(diào)節(jié)爐膛壓力。2 ℃的死區(qū),當(dāng)爐膛溫度與設(shè)定值之間的偏差在177。⑶設(shè)定死區(qū):為了避免爐溫在要求的精度范圍內(nèi)(溫度設(shè)定值177。⑵PID快速調(diào)節(jié):前兩個(gè)因素都可能導(dǎo)致爐溫大幅度下降,當(dāng)實(shí)際溫度與設(shè)定值偏差大于等于10 ℃,程序自動啟動PID快速調(diào)節(jié)程序, P、I被賦給較大的參數(shù)值,加快了調(diào)節(jié)速度,因此避免了爐溫大幅度變化。 爐溫控制系統(tǒng)的改進(jìn)措施針對上述影響環(huán)形爐爐溫的各種因素,在控制程序中給出了相應(yīng)的解決措施:⑴天然氣壓力突然下降到報(bào)警聯(lián)鎖值,程序會自動關(guān)閉天然氣切斷閥。尤其當(dāng)開、閉爐門之間的間隔時(shí)間比較久，爐溫震蕩比較大。⑵開出料爐門引起均熱段爐溫變化。由于煤氣由外部管網(wǎng)提供，用戶種類復(fù)雜且投運(yùn)的用戶數(shù)量不穩(wěn)定，造成煤氣壓力波動，特別是能源量不足的情況下，因本環(huán)形路處于分配管網(wǎng)的低級別，會引起大幅波動，甚至低到煤氣總管切斷閥聯(lián)鎖值。但由于溫度變化比較緩慢，即使空氣流量和煤氣流量已達(dá)合理值，所要控制的溫度仍未增加或減小到設(shè)定值，這樣閥門開度將繼續(xù)增大或減小，等溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，流量已偏離合理值，這樣溫度將反復(fù)波動甚至震蕩，而且在環(huán)形爐正常生產(chǎn)過程中，存在其他影響爐溫穩(wěn)定的因素，所以，必須采取一系列措施避免或減弱因此而引起的爐溫的大幅震蕩。當(dāng)加熱爐正常生產(chǎn)時(shí)，PLC系統(tǒng)接收來自現(xiàn)場的路膛溫度值，通過控制程序的PI運(yùn)算及一系列邊界條件的處理輸出控制信號，在保證設(shè)定空燃比的條件下，控制空氣支管及煤氣支管上調(diào)節(jié)比例閥的開度，由此調(diào)節(jié)該段助燃空氣及煤氣流量相互限幅而又交替上升或下降，從而調(diào)節(jié)爐膛各個(gè)燃燒段的溫度值達(dá)到設(shè)定溫度值。每加熱段的空氣和煤氣的流量檢測儀表為渦街流量計(jì)，差壓變送器將4—20mA DC信號送到PLC的AI模塊，通過程序計(jì)算得出流量瞬時(shí)值，并參與爐膛溫度調(diào)節(jié)。 爐溫控制系統(tǒng)本環(huán)形加熱爐爐溫控制系統(tǒng)主要由爐溫檢測和爐溫調(diào)節(jié)兩個(gè)系統(tǒng)組成。主控制器的輸出作為副控制器的給定值，副控制器的輸出去操縱控制閥，以實(shí)現(xiàn)對變量的定值控制。串級控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征而得名的。所以為了控制溫度，工藝上不但要求燃料量與空氣量成一定比例，而且要求在溫度發(fā)生變化時(shí)，燃料與空氣的提降量有一定的先后次序，以保證空燃比的合理性及供熱區(qū)段溫度的可控性。從而嚴(yán)格控制了空燃比，以保證在爐溫調(diào)節(jié)過程中，燃料和空氣都達(dá)到充分燃燒，這樣既可節(jié)約能源，減少燒損，又可防止環(huán)境污染。在燃燒過程中，如果空氣過剩則會氧化所加熱的鋼坯；如果天然氣過剩則會浪費(fèi)燃料，污染環(huán)境。對于溫度的控制采用雙交叉限幅方式的串級控制系統(tǒng)，這樣可以在爐溫偏低時(shí)，先增加空氣量，后增加煤氣量；爐溫偏高時(shí)，先減煤氣量，后減空氣量，實(shí)現(xiàn)空氣煤氣交叉控制，保證了燃料的完全燃燒，最終通過控制燃料和空氣流量以達(dá)到控制爐溫的目的。因?yàn)槿绻麥囟冗^低，達(dá)不到軋制工藝的質(zhì)量要求，溫度過高則也會帶來一些不良的后果，如鋼過熱時(shí)鋼的品粒增大，使鋼的機(jī)械性能下降，加工時(shí)容易產(chǎn)生裂紋等。環(huán)形加熱爐對加熱爐的爐膛的溫度控制是最重要的。⑸信息管理：計(jì)算機(jī)可以存儲、查詢和打印設(shè)備故障記錄，各種生產(chǎn)報(bào)表，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。整個(gè)自動化控制系統(tǒng)通過對生產(chǎn)流程的流量、液位、壓力、溫度、速率和功率等參數(shù)的控制，達(dá)到滿足控制要求的目的。在生產(chǎn)的自動控制過程中還必須考慮對電網(wǎng)的影響，大量設(shè)備不能同時(shí)啟動。在生產(chǎn)工段上，各個(gè)控制的設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按照工藝規(guī)定的順序啟動停止。 環(huán)形加熱爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求為了實(shí)現(xiàn)加熱爐這個(gè)復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制，該控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)應(yīng)具備以下要求：⑴安全性設(shè)置：從工廠安全要求的角度操作可分為操作員、系統(tǒng)工程師和管理人員三個(gè)等級。⑷開放性：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以后的擴(kuò)充和升級。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須采用種種措施，確保系統(tǒng)的高可靠性，它包括元器件的選擇、冗余設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、人機(jī)工程設(shè)計(jì)、故障模式影響及危害性分析、模塊化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的組態(tài)軟件設(shè)計(jì)等。為此，必須選用技術(shù)成熟可控制的器件，在安裝工藝方面盡量提高系統(tǒng)的抗干擾能力，主要的控制設(shè)備必須能夠防震、防電磁干擾、防塵、防潮，同時(shí)必須注意系統(tǒng)的散熱或加熱，以保證各電子設(shè)備工作在收益的溫度下。因此，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的同時(shí)，要最大限度的考慮到設(shè)備運(yùn)行期間可能產(chǎn)生的各種故障，并且在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)給出各種故障處理的方法，盡可能減少意外故障引發(fā)的災(zāi)難性后果，帶來生產(chǎn)甚至人身安全的重大損失。在系統(tǒng)控制和功能實(shí)現(xiàn)上要求簡單明確，顯示信息直觀清楚，操作上要方便易學(xué)，便于掌握。 加熱爐總體設(shè)計(jì)要求 工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與其他類型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一樣都以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)，但他又有自身的特點(diǎn)。⑷燃燒控制燃燒控制部分由溫度控制、空氣與煤氣的空燃比控制和空氣的換向控制幾部分組成。⑶換熱器保護(hù)換熱器起到節(jié)約能源、助燃的作用，換熱器的溫度不能過高或過低。⑴系統(tǒng)儀控檢測系統(tǒng)通過安裝在管路孔板上的差壓變送器采集并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號送入PLC。⑶燃燒系統(tǒng)煤氣發(fā)射爐三臺、燒嘴前手動碟閥等。預(yù)熱器后設(shè)有自動煙道閘板，用于爐膛壓力控制?？諝忸A(yù)熱置于地下煙道內(nèi)，結(jié)構(gòu)形式為帶插入件的金屬管狀預(yù)熱器，換熱面積131㎜178。熱回收段主要是利用逆時(shí)針流向煙道的高溫?zé)煔鈱M(jìn)入爐內(nèi)的管坯進(jìn)行預(yù)熱，然后隨著爐底的順時(shí)針轉(zhuǎn)動，鋼坯依次進(jìn)入預(yù)熱段、加熱Ⅰ段、加熱Ⅱ段和加熱Ⅲ段進(jìn)行加熱，在這4段采用空煤氣雙蓄熱的蓄熱式燃燒技術(shù)；經(jīng)過加熱段之后管坯依次進(jìn)入均熱Ⅰ段、均熱Ⅱ段和均熱Ⅲ段，均熱段燃料為天然氣，采用常規(guī)燃燒方式。⑶加熱易脫碳鋼種時(shí)，為防止高溫脫碳，在低溫段應(yīng)采用緩慢加熱（以提高心部溫度，所小心表溫差）；在高溫段采用快速加熱的供熱制度，從而防止鋼種脫碳。⑵由于加熱的鋼種有很大一部分是合金鋼和不銹鋼。