加热炉PLC控制系统设计选题背景及意义

，动态响应变慢，但是动态空燃比精度提高。这就需要根据现场的具体情况酌情掌握。
与控制系统流程图对应的燃烧控制部分框图如下：

图2.3 双交叉限幅燃烧控制框图
2.3 炉压控制设计
压力检测意义：首先，工业生产中许多生产工艺过程经常要求在一定的压力或一定的压力变化范围内进行，这就需要测量或控制压力，以保证工艺过程的正常进行。其次，压力测量或控制可以防止生产设备因过压而引起破坏或爆炸。再有，通过测量压力或压差可以间接测量其它物理量，如：温度、流量等。压力是生产过程中的重要参数之一。
本设计中压力检测采用差压变送器。差压变送器是将压力信号转换成统一标准的电信号（Ⅱ型表为0～10mA.DC，Ⅲ型表为4～20mA.DC），送给显示仪表或调节器，用来实现对压力、压差等参数的指示、记录和控制，还可以和节流装置配合实现对流量的控制[6]。
炉膛压力是实现加热炉自动控制的一个重要参数。当炉膛压力过高时，火烟就会从入（出）料口处大量冒出。不仅使大量有效热量散失，增加炉子的燃料消耗，而且也容易烧坏炉子的钢结构和炉墙钢板，降低炉子的使用寿命。同时，炉压过大引起的冒火还会导致劳动环境的恶化。当炉膛压力过低时，会吸入大量的冷风，不但增加炉子的热耗还会增加钢坯的氧化烧损，甚至引起烧钢。因此，必须对炉膛压力进行有效控制。在加热炉最佳燃烧控制系统的基础上，炉膛压力控制可以通过控制烟道闸门的开启度或引风机调速来实现，而炉温对烟道闸门开度的变化非常敏感，如果通过传统的PID方式调节炉膛压力，那么频繁的烟道闸门开度变化必然会带来炉温的波动，这在轧钢工艺中是要尽量避免的，会导致轧出的钢材品质降低。另外，炉膛压力控制系统为一大时滞系统，控制对象反应速度较慢。因此，如何保证炉膛压力既在期望的范围之内，又不使闸门频繁变化成为炉压控制的关键环节。
炉子运行时炉压是个重要的参数, 它的好坏直接关系到能源的充分利用,而且因为整个轧制过程加热环节只是个中间过程,因此往往受到上下工序的制约,这样热负荷起伏变化较大。如果以炉压检测值为反馈量闭环控制烟道闸板的开度或引风机转速来调节炉压会使执行机构动作频繁磨损快效果也不理想,这样炉压索性采用开环随动控制法。即以主燃料量为依据控制炉压阀的开度或者引风机的转速,有时也称炉压前馈控制。其算法为:
     　　　
LMN-实际阀位   LMN0-初始阀位   K-前馈系数   Fg-单炉燃料总管流量
F0-临界流量
2.4 温度检测设计
对于一个加热炉来说，最重要的指标参数就是温度。因此，温度检测的过程是十分重要的。本系统中温度检测主要是对上加热点、上均热点、下均热点三个加热点的检测。
本设计加热炉炉温控制采用双向限幅控制方式，即根据给定的空燃比，合理的同时调节空气流量和燃料流量，以保证在炉温调节过程中，燃料和空气都达到最佳配比。这样既可节约能源，又可防止环境污染。
温度检测采用热电偶。热电偶属于电能量传感器，虽然它是一种古老的传感器，但因它有一系列优点至今仍在测温领域里得到广泛应用。热电偶的分度号主要有E、K、S等，其中E为低温热电偶，K为中温热电偶，S为高温热电偶[5]。对轧钢加热炉来讲预热段、加热段、均热段温度工作点都在1200℃左右，所以这里均用S分度号的热电偶。
温度变送器与热电偶配合使用，将温度或毫伏信号转换为4～20mA.DC信号。由热电偶送来的反映温度的直流毫伏信号，与反馈信号比较，其差值经放大器放大后，转换为4～20mA.DC信号输出。同时，放大器的输出经负反馈回路变换为与变送器输出电流成正比的反馈电压，反馈至放大器的输入端，以保证输入的毫伏信号与输出电流之间为线性关系[7]。
2.5 流量检测控制设计
流量检测的主要过程如下：
如图2.4所示：燃料流量或空气流量f通过节流元件孔板检测装置，进入流量变送器。将流量转换到标准电流信号4～20mA，经过安全栅的安全过滤、信号隔离后，传入模数转换器，把模拟量信号转换为计算机识别的数字量信号，此时，系统CPU进行处理，再将信息送到数模转换器；然后通过手操器，再经过伺服放大器放大信号后送给调节阀。这样，就通过检测流量完成了系统闭环反馈控制。流量检测控制原理如图2.4：

        图2.4 流量检测控制原理图
流量的检测控制对燃烧控制系统是非常重要的。通过设定每段的加热温度，使温度控制器的输出经过双交叉限幅器作为空气和燃料流量控制器的设定值，按照双交叉限幅控制理论进行燃料和空气流量的调节。在通常的燃烧控制系统中，采用串级并列调节系统。温度调节器的输出直接作为燃料流量调节控制器的给定，然后燃料流量设定值乘以空燃比作为空气流量调节控制器的给定。在稳态时，空气流量可按一定的空燃比跟随燃料量变动；但在动态时，如升温、降温等变化时，这种常规系统就无法保证空气量的精确变化。然而，采用双交叉限幅控制方式就能保证无论是在动态还是稳态时都能满足一定的空燃配比精度，使系统无论在稳态还是在动态时，都可获得较好的空燃比性能。同时由于没有过氧和缺氧燃烧从而起到节能降耗的效果。
另外空气流量由于热效率的原因要进行预热成热风,而当热风实际温度压力与设计温度压力不一致时,要进行热风流量的温度压力补正:

变量意义:K―系数、―设定压力、―设定温度、P―实际压力、T―实际温度
            —补前流量

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