楊利風

（承德釩鈦新材料有限公司  工程公司）

摘要：本系統控制理論先進，數學模型巧妙，計算機、PLC軟硬件穩定可靠，測量、執行設備運行精確，可實現爐溫自動控制，蓄熱自動控制，爐膛壓力自動控制，安全保護連鎖控制。蓄熱式加熱爐的控制方法的基本原理是對加熱爐的溫度采用雙交叉限幅串聯PID控制，對加熱爐的關鍵部件蓄熱器采用定時定溫換向法控制。能使爐內溫度穩定，蓄熱效果明顯，既能節能降耗又提高產品質量。一般加熱爐身產效率低，主要表現在：產出鋼坯受熱不均，影響軋出產品質量，爐中燃料時而不足，時而過剩，浪費燃料、污染環境，造成鋼坯過度氧化。為了充分發揮蓄熱式加熱爐的優點，配套PLC采用雙交叉限幅并聯串級PID和燃燒換向的控制方法。

關鍵字：雙交叉限幅；PID  

1  工藝流程

鋼坯循序漸進地、均勻地加熱所要求的溫度，才能送到軋鋼工序去軋制。為了實現上述目的，對鋼坯分三個溫度段進行加熱，結構上加熱爐分三段。鋼坯第一步進入加熱一段進行預熱；達到一定溫度后，到加熱二段繼續升溫，在加熱二段達到要求溫度進入加熱三段（均熱段），均熱段溫度略低于加熱二段，以便鋼坯整體溫度均勻。該加熱爐采用雙交叉限幅并聯副串級控制的方法控制三個加熱段的溫度，雖然算法相對復雜，但控制效果好。

上圖分為三段：加熱一段、加熱二段、均熱段。

加熱爐控制系統由控制計算機、PLC、執行器、傳感器組成。控制器采用工控機控制、WINCC組態軟件，以冗余1：2的配置方式對加熱爐進行監控。PLC與計算機之間通過以太網進行網通信，可編程控制器采用西門子公司S7-400（CPU416），其中包括AI、AO、DI、DO以及分布式ET200M，下列是網絡圖。

執行器為帶有定位器的電動調節閥、變頻器采用西門子MM440控制鼓風機和引風機、高溫檢測傳感器（測爐溫）采用S型熱電偶、中低溫檢測傳感器（測爐溫）采用RTD熱電阻、流量測量采用壓力變送器。

軟件編程采用西門子STEP7進行編程，程序實現功能有：煤氣調節閥的控制、加熱一、二、均熱段的爐溫控制、排煙溫度控制、煤氣快切閥控制、和定時定溫加熱一段、二段、均熱段換向控制。在這里最主要介紹的是爐溫自動控制

2  爐溫自動控制基本原理

以爐膛溫度調節器作為主調節、煤氣和空氣調節器作為副調節，煤氣流量調節和空氣流量調節并聯再與爐膛溫度調節組成串級調節回路。在溫度調節器的輸出端加高、低限幅器。防止系統超調等不穩定現象發生。溫度調節器的調節輸出，經過處理后分別作為煤氣流量調節器和空氣流量調節器的流量設定值。即將空氣流量的實測值與空燃比1/β相乘，再乘以高低選限幅系數（1±K），作為煤氣流量設定值的允許范圍，調節煤氣流量；將煤氣流量的實測值與空燃比β相乘，再乘以高低選限幅系數（1±K），作為空氣流量設定值的允許范圍，調節空氣流量。采用這種方法，既保證了空氣和煤氣流量的合理配比，又能使空氣和煤氣流量根據配比相互跟隨，保證煤氣流量和空氣流量控制穩定，提高了抗干擾能力。

上述功能是爐溫設定功能：TE201SP來自于畫面WINCC的畫面設定，均熱段的溫度設定為下限200，上限1400。下面是TE201SP在WINCC畫面上的源。

根據此處進行均熱段爐溫的設定進行調節。

上述功能是PID調節功能圖，下面是功能參數

TIC101MAN_ON是手動調節的，操作源來自于畫面。

當處于自動調節過程時，TE101SP加在PID調節器的給定通道，DB100.DB12來源于現場的熱電偶的采集信號。比例設置為0.08,積分時間20S，微分時間5S

死區寬度為1，給定和反饋的差值不超過1時，視為在死區范圍內，不進行調節。

增大比例系數P一般將加快系統的響應，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過大的比例系數會使系統有比較大的超調，并產生振蕩，使穩定性變壞。

增大積分時間I有利于減小超調，減小振蕩，使系統的穩定性增加，但是系統靜差消除時間變長。增大微分時間D有利于加快系統的響應速度，使系統超調量減小，穩定性增加，但系統對擾動的抑制能力減弱。有兩個輸出限幅下限是3，上限是90。

調節輸出值給畫面顯示

該系統采用雙交叉限幅并聯串級的調節控制方式，上面是串級功能的實現。

上述功能為雙交叉限幅功能的實現，將空氣流量的實測值與煤空比相乘，再乘以高低選限幅系數（1±K），作為煤氣流量設定值的允許范圍，調節煤氣流量；將煤氣流量的實測值與空煤比相乘，再乘以高低選限幅系數（1±K），作為空氣流量設定值的允許范圍，調節空氣流量。

"FV102DB".SP_INT作為煤氣調節閥的給定, "FV101DB".SP_INT作為空氣調節閥的給定.

上述功能為閥門調節器的功能,DB100.DBD292是空氣調節閥的反饋信號, "FV101DB".SP_INT是空氣調節閥的給定,該值來源于雙交叉限幅的輸出.需要設置PID調節器的死區值,輸出的上下限幅,以及手自動切換值.

該值為閥門調節為自動時,手動值的顯示值,為畫面提供顯示.

空氣流量調節器的輸出給AI模板進行輸出對應的輸出地址為PQW512.類似的還有煤氣調節閥,調節器的給定值來源于雙交叉限幅的輸出,然后再給到煤氣流量調節器的給定,反饋來自于現場煤氣調節閥的調節器,進行比較后得出輸出值,然后把輸出值進行線形化后輸出,對應地址為PQW514.以下為程序顯示

線形化輸出

3  結束語

爐溫控制是非常重要的一個環節，雙交叉限幅保證了煤氣在正常和異常條件下都可以穩定的保證空燃比，以空氣、煤氣為輔控回路，實現了燃燒控制過程的經濟、科學化。承鋼二高線運用雙交叉限幅控制爐溫，運行穩定良好，為加熱爐燃燒控制提供了有效的保障。