【正文】 往的經(jīng)驗(yàn)可知，這部分鋼種對(duì)加熱溫度要求十分嚴(yán)格，必須在低溫時(shí)均勻緩慢的加熱，嚴(yán)格禁止在加熱過(guò)程中產(chǎn)生熱應(yīng)力而導(dǎo)致廢品。 工藝流程環(huán)形加熱爐分為：1隔熱回收段、一個(gè)預(yù)熱段、3個(gè)加熱段和3個(gè)均熱段。⑴排煙系統(tǒng)環(huán)形路為外側(cè)排煙方式，側(cè)排煙道出爐后扎入地下，后接入煙囪。設(shè)計(jì)入口煙溫度720℃，出口煙氣溫度326℃，預(yù)熱后空氣溫度400℃。⑵助燃空氣系統(tǒng)包括助燃風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)自動(dòng)放散閥、三段空氣流量孔板等。⑷水冷系統(tǒng)環(huán)形爐有液壓站需要水冷，爐底水封槽需要少量補(bǔ)充水。⑵爐壓控制爐壓控制包括助燃空氣壓力控制、煤氣壓力控制、爐內(nèi)壓力控制三部分，以保證助燃空氣和煤氣壓力穩(wěn)定，使燃燒順利進(jìn)行。過(guò)高損壞設(shè)備，過(guò)低會(huì)使煤氣結(jié)露，腐蝕換熱器。⑸執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用PLC輸出控制，具有手自動(dòng)切換功能。這些特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：⑴實(shí)用性：工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)控制設(shè)備如PLC與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如電機(jī)、開(kāi)關(guān)等之間在功能上要和諧搭配，在控制要求上符合工業(yè)控制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。⑵安全性：工業(yè)控制系統(tǒng)的目的是通過(guò)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行，減少人為參與工業(yè)控制的行為，其目的就是為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。⑶可靠性：工業(yè)控制系統(tǒng)必須保證能夠連續(xù)可靠的運(yùn)行。在信號(hào)的采集、開(kāi)關(guān)確認(rèn)等方面都加強(qiáng)，確保系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。在控制方面，對(duì)系統(tǒng)采取一些安全措施，如手動(dòng)/自動(dòng)切換、多級(jí)控制、報(bào)警和輸出鎖定等。在設(shè)備的選型時(shí)應(yīng)考慮到其接口的通用性和互聯(lián)性，不宜采用封閉的、自成體系的設(shè)備。⑵控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝流程的自動(dòng)監(jiān)控。在上一步未執(zhí)行完成時(shí)，下一步的設(shè)備禁止工作。⑶監(jiān)控功能：具有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，時(shí)序流程圖程序運(yùn)行顯示，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能；采用彈出菜單方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、調(diào)整及回路控制參數(shù)的在線整定，實(shí)現(xiàn)控制功能。⑷報(bào)警功能：實(shí)時(shí)監(jiān)控各電氣參數(shù)、工藝參數(shù)，一旦故障及時(shí)報(bào)警，顯示報(bào)警記錄，可進(jìn)行故障排除及確認(rèn)，并可在線打印報(bào)警記錄。第三章 加熱爐溫度控制系統(tǒng)的控制策略環(huán)形加熱爐控制的基本任務(wù)是：首先維持爐膛溫度穩(wěn)定在設(shè)定值，其次是保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和操作的安全性等。對(duì)于不同材質(zhì)的鋼坯必須按照不同的升溫曲線進(jìn)行鋼坯的烘烤。而溫度的變化主要受燃料流量和空氣流量的影響，為了充分燃燒，燃料流量和空氣流量必須按一定的比例送入管道，所以將燃料和空氣構(gòu)成雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，這樣不僅實(shí)現(xiàn)了比較精確的流量比值，而且使燃料流量和空氣流量變得比較平穩(wěn)，確保了兩物料總量基本不變，為后續(xù)溫度的控制提供了前提條件。 爐溫的控制系統(tǒng) 爐溫控制基本原理爐溫控制系統(tǒng)的主要目的是將爐溫控制在允許的范圍內(nèi)，并保證燃燒的合理性，力求達(dá)到最佳的燃燒狀態(tài)。本環(huán)形路爐溫控制基本原理為雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)，在升溫或降溫過(guò)程中，空氣流量和煤氣流量交替的跟蹤對(duì)方流量值的大小，從而使空燃比始終保持在設(shè)定空燃比的允許范圍內(nèi)，是空氣流量和煤氣流量受到燃料過(guò)剩界限和空氣過(guò)剩界限的限制。在環(huán)形加熱爐加熱鋼坯的過(guò)程中，空燃比過(guò)高，使鋼坯表面氧化，熱量損失增加；空燃比過(guò)低，使燃料不能完全燃燒，造成煤氣外流，浪費(fèi)了燃料并污染了環(huán)境。本設(shè)計(jì)采用雙交叉限幅控制，即以爐內(nèi)溫度為主環(huán)，空、煤氣為副環(huán)的串級(jí)爐溫控制回路。它是由主、副兩個(gè)控制器串接工作的。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，主控制器是溫度控制器，副控制器是燃料控制器或者是空氣控制器，這要依據(jù)提降時(shí)的先后順序而定。爐溫檢測(cè)系統(tǒng)：環(huán)形爐每段設(shè)2支熱電偶檢測(cè)爐膛溫度，檢測(cè)信號(hào)通過(guò)溫度變送器轉(zhuǎn)換進(jìn)入PLC的AI模塊，通過(guò)程序判斷取其中一個(gè)參與爐膛溫度調(diào)節(jié)。爐溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)：環(huán)形爐共有6段爐溫自動(dòng)控制，每段兩個(gè)流量調(diào)節(jié)閥，分別為空氣支管上的流量調(diào)節(jié)比例閥和煤氣支管上的調(diào)節(jié)比例閥?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)反復(fù)調(diào)節(jié)PD參數(shù)，使燃燒過(guò)程達(dá)到最佳，爐溫曲線達(dá)到最優(yōu)，爐溫平穩(wěn)變化不超調(diào)，且響應(yīng)時(shí)間最短，由此確定P、I參數(shù)值，作為PD調(diào)節(jié)的最終參數(shù)。 引起爐溫波動(dòng)的因素通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)試，發(fā)現(xiàn)引起爐溫波動(dòng)的主要因素有以下3個(gè)方面：⑴煤氣壓力突然大幅波動(dòng)，引起爐溫劇烈變化。煤氣壓力的大幅波動(dòng)會(huì)直接導(dǎo)致煤氣流量的大波動(dòng)，雖然為保證空燃比，空氣流量也會(huì)跟著調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)速度與波動(dòng)值往往會(huì)不成比例，因此引起爐溫劇烈變化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)定值。環(huán)形爐出料爐門(mén)在均熱Ⅱ段一側(cè)，故一開(kāi)爐門(mén)會(huì)有冷空氣進(jìn)入爐內(nèi)，爐內(nèi)熱量也會(huì)向外散出，所以均熱段爐溫會(huì)受較大影響。⑶爐膛壓力一定要保證微正壓范圍，如果壓力過(guò)高，會(huì)造成爐子向外噴火，增加熱損失，且污染環(huán)境；如果壓力過(guò)低，爐內(nèi)吸進(jìn)大量空氣，致使?fàn)t內(nèi)溫度降低，要保持同樣的爐溫，煤氣需求量增加，同時(shí)由于吸進(jìn)大量空氣，是氧化鐵皮增加，加大了燒損。操作人員接收到信號(hào)之后要將調(diào)節(jié)系統(tǒng)打到手動(dòng)狀態(tài),更要及時(shí)聯(lián)系天然氣管網(wǎng)處,若不能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)壓力,需要去現(xiàn)場(chǎng)關(guān)閉燒嘴,避免事故發(fā)生,一定要確定壓力恢復(fù)正常之后再手動(dòng)打開(kāi)切斷閥。當(dāng)然, P、I參數(shù)值是經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試,并且研究爐溫曲線使其達(dá)到最佳而確定的。5 ℃) PID控制器調(diào)節(jié)輸出繼續(xù)變化,從而引起爐溫的較大波動(dòng),為PID調(diào)節(jié)輸出設(shè)定177。2 ℃之間時(shí), PID的輸出值不會(huì)發(fā)生變化,空氣調(diào)節(jié)閥開(kāi)度保持不變,避免了爐溫的超調(diào)。正常情況為自動(dòng)控制, PLC系統(tǒng)接收現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的爐膛壓力信號(hào),通過(guò)控制程序的PID運(yùn)算得出輸出信號(hào),調(diào)節(jié)閘板開(kāi)度,保證爐膛壓力在工藝要求范圍內(nèi)。當(dāng)空氣流量過(guò)小時(shí)，空氣過(guò)剩系數(shù)μ，由于此時(shí)燃料不能得到充分燃燒，導(dǎo)致熱效率降低，同時(shí)造成煙囪冒黑煙，污染環(huán)境。 空氣過(guò)剩系數(shù)與節(jié)能燃燒示意圖由此可見(jiàn)，在上述兩種情況之間存在一個(gè)熱損失小和污染小、熱效率最高的低氧燃燒區(qū)，這種狀態(tài)使排煙量減少，火焰溫度升高，并使高溫區(qū)熱效率提高，這就是最佳燃燒區(qū)。環(huán)形加熱爐燃燒系統(tǒng)常用的控制方式為雙交叉燃料流量控制、爐膛溫度串級(jí)控制、上下部燃燒區(qū)域溫度主副控制、燃料溫度壓力控制等。系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)是爐溫與煤氣流量和空氣流量的并列串級(jí)控制系統(tǒng)。 雙交叉限幅系統(tǒng)控制圖圖中β為空燃比，煤氣交叉限幅器的輸出（G）是煤氣流量控制器的設(shè)定值，空氣交叉限幅器的輸出（H）是預(yù)熱空氣控制器的設(shè)定值，煤氣和空氣交叉限幅器由一個(gè)高選擇器和一個(gè)低選擇器組成。它在串級(jí)平行控制的基礎(chǔ)上，增加交叉限幅控制功能。溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為煤氣流量調(diào)節(jié)器和空氣流量調(diào)節(jié)器的外給定值。 雙交叉限幅控制系統(tǒng)流程圖在煤氣流量控制回路中，空氣流量測(cè)量值與空燃比系數(shù)經(jīng)運(yùn)算后得到輸出值，經(jīng)負(fù)向偏置后與溫度調(diào)節(jié)氣的輸出一起進(jìn)入高值選擇器，選擇高值再與輸出值經(jīng)正向偏置的值一起進(jìn)入低值選擇器，低值作為煤氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。預(yù)熱空氣設(shè)定值得選擇原則：A=MVtRa ()B=min{A,Fg(1+K4)} ()SPa=max{B,Fg(1K2)}β ()煤氣設(shè)定值的選擇原則：C=MVtRf ()D=max{C,Fa(1K3)/β} ()SPg=min{D,Fa(1+K1)/β} ()其中：MVt為溫度控制器的輸出值Ra溫度、空氣量綱比Rf溫度、煤氣量綱比SPa空氣流量設(shè)定值SPg煤氣流量設(shè)定值Fg煤氣流量修正值Fa空氣流量修正值K1煤氣低選系數(shù)K2空氣高選系數(shù)K3煤氣高選系數(shù)K4空氣低選系數(shù)K1，K2，K3，K4的范圍是[—]該系統(tǒng)在負(fù)荷變化或者煤氣熱值波動(dòng)是不會(huì)因?yàn)榭諝獠蛔愣谷紵煌耆膊粫?huì)因?yàn)榭諝膺^(guò)量而出現(xiàn)過(guò)氧燃燒現(xiàn)象，此雙交叉限幅控制的原理如下：⑴爐溫處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)（無(wú)任何擾動(dòng)）溫度調(diào)節(jié)器的輸出與實(shí)際檢測(cè)的煤氣流量相等，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SPa=βMVtRa，煤氣側(cè)，經(jīng)高選、低選得到煤氣調(diào)節(jié)器設(shè)定值SPg=MVt，雙交叉制約不工作?？諝獗让簹舛嘁稽c(diǎn)，避免在燃燒調(diào)整過(guò)程中由于煤氣過(guò)剩而冒黑煙。⑶爐溫高于設(shè)定值時(shí)（降溫調(diào)節(jié)過(guò)程）溫度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用使得其輸出值減小，而此時(shí)實(shí)際檢測(cè)的煤氣流量還沒(méi)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)}= MVtRa （）SPa=max{MVtRa,Fg(1K2)}β=Fg(1K2)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}= Fa(1K3)/β （）SPg=min{Fa(1K3)/β,Fa(1+K1)/β}=Fa(1K3)/β （）從以上兩式可以看出，隨著煤氣流量的減少，空氣流量也減少，煤氣流量的減少導(dǎo)致空氣流量的減少，交叉制約開(kāi)始，溫度不斷下降，直至新的平衡建立。煤氣總比空氣少一點(diǎn)，同樣可以避免冒黑煙。在增量時(shí)先增空氣，后增煤氣，在減量時(shí)先減煤氣，后減空氣，達(dá)到減少能源消耗又不出現(xiàn)過(guò)氧燃燒的目的，從而確保了燃燒過(guò)程都能在最佳燃燒區(qū)內(nèi)進(jìn)行，達(dá)到節(jié)能、完全燃燒、防止污染的目的。雙交叉限幅燃燒控制方案采用PID控制原理設(shè)計(jì)的溫度控制器。這種方案能保證煤氣、空氣充分燃燒，提高燃燒效率，降低氧化鐵皮損耗，有效消除溫度偏差、系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)就是系統(tǒng)的響應(yīng)速度要受燃燒流量控制系統(tǒng)和空氣量控制系統(tǒng)響應(yīng)速度的制約，取決于了兩系統(tǒng)中響應(yīng)較慢的一方的響應(yīng)速度。一般采用模糊控制的方法來(lái)尋找最優(yōu)空/燃比值，F(xiàn)OC就是自尋優(yōu)模糊控制器，這是一個(gè)兩輸入單輸出模糊控制器，其輸入是爐膛溫度的增量ΔT（ΔT=TiTi1）和上一周期的尋優(yōu)步長(zhǎng)Ui1，輸出是本次尋優(yōu)步長(zhǎng)Ui（即為本次空/燃比的增量）。這里空氣壓力穩(wěn)定，只通過(guò)一個(gè)普通的PID調(diào)節(jié)就可以實(shí)現(xiàn)（ 可由PLC完成）。此時(shí)的Ui即為最優(yōu)空/燃比值。在操作站設(shè)定好燃燒區(qū)溫度后，控制系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)算得出理論燃料流量，作為控制參數(shù)與實(shí)際流量比較進(jìn)行燃料流量的回路調(diào)節(jié)。根據(jù)環(huán)形加熱爐中燃燒區(qū)域的特點(diǎn)，可采取上下燃燒區(qū)域溫度主副控制。上下區(qū)域間采用溫度主副控制主要是通過(guò)熱輻射和交換原理降低燃料消耗量，達(dá)到節(jié)約成本的目的。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時(shí)，顯示儀表將會(huì)指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度值。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。熱電偶的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)，即只要熱電偶兩端的溫度不同，則在熱電偶閉合回路中就產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象就稱(chēng)為熱電效應(yīng)。其主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫范圍廣，可以在1K至2800℃的范圍內(nèi)使用，精度高，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好，把溫度轉(zhuǎn)換為電勢(shì)信號(hào)便于處理和遠(yuǎn)距離傳輸。S型熱電偶長(zhǎng)期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。其物理化學(xué)性能良好，在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化和惰性氣氛中，使用廣泛。所以應(yīng)該選用鉑銠鉑（S型）熱電偶。由于流量檢測(cè)的復(fù)雜性和多樣性，流量監(jiān)測(cè)的方法很多，其分類(lèi)方法也多種多樣。⑴體積流量檢測(cè)法：體積流量檢測(cè)法又可分為容積法（又稱(chēng)直接法）和速度法（又稱(chēng)間接法）兩種?；谌莘e法的流量檢測(cè)儀表有橢圓齒輪式流量計(jì)、腰輪式流量計(jì)、螺桿式流量計(jì)、刮板式流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)等。②速度法是先測(cè)出管道內(nèi)的平均流速，再乘以管道截面積以求得流量。⑵質(zhì)量流量檢測(cè)法：質(zhì)量流量檢測(cè)法也可分為間接法和直接法兩種。但當(dāng)流體密度隨溫度、壓力變化時(shí)，還需要隨時(shí)測(cè)量流體的溫度和壓力，并通過(guò)計(jì)算對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。②直接法是用測(cè)量?jī)x表直接測(cè)量質(zhì)量流量，具有精度不受流體的溫度、壓力、密度等變化影響的優(yōu)點(diǎn)，但目前尚處于研究發(fā)展的階段，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不如測(cè)量體積流量那樣普及。渦街流量計(jì)是典型的速度流量計(jì)。由于這一現(xiàn)象首先是由卡曼發(fā)現(xiàn)的，故又命名為“卡曼渦街”。其特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。儀表參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出,容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進(jìn)、理想的測(cè)量?jī)x