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      板坯加熱爐自動燃燒控制系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)踐

      2018-08-14 10:04:02陳強(qiáng)伍杉
      現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè) 2018年18期
      關(guān)鍵詞:模糊控制

      陳強(qiáng) 伍杉

      摘 要:重鋼通過一級、二級分步實(shí)現(xiàn)自動燒鋼,有效的解決了難題并最終實(shí)現(xiàn)了全自動加熱。

      關(guān)鍵詞:模糊控制;模型優(yōu)化;自動燃燒

      中圖分類號:TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:Adoi:10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.18.087

      1 重鋼板坯加熱爐燃燒模式介紹

      加熱爐按燃燒模式分類主要有蓄熱燃燒模式、常規(guī)燃燒模式兩種。因蓄熱式加熱爐能較大節(jié)約煤氣消耗,在國內(nèi)得到大量推廣,近年新建加熱爐主要以蓄熱式加熱爐為主,蓄熱式燃燒模式加熱爐主要有空氣單蓄熱、空氣煤氣雙蓄熱、空氣單蓄熱+煤氣預(yù)熱等,重鋼熱軋薄板廠應(yīng)用的是空氣單蓄熱+煤氣預(yù)熱燃燒模式。蓄熱燃燒模式與常規(guī)燃燒模式最大區(qū)別是蓄熱式燃燒模式將燃燒廢氣(煙氣)的熱量轉(zhuǎn)化到蓄熱體,蓄熱體再將熱量傳遞給燃燒介質(zhì),從而達(dá)到節(jié)約煤氣消耗的目的;但燃燒過程中排煙狀態(tài)和燃燒狀態(tài),會造成煤氣段管的流量波動,爐子兩側(cè)溫度波動大。

      目前國內(nèi)加熱爐自動燃燒燃燒控制系統(tǒng)并沒有因?yàn)樾顭崾郊訜釥t和常規(guī)式加熱爐燃燒模式的區(qū)別進(jìn)行改進(jìn),仍采用PID控制,在國內(nèi)基本沒有蓄熱式加熱爐實(shí)現(xiàn)自動燃燒控制。

      2 重鋼板坯加熱爐全自動燒鋼定義

      (1)一級自動燒鋼是指人工輸入設(shè)定目標(biāo)溫度,控制系統(tǒng)能自動控制煤氣和空氣閥門開度,實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度無限接近控制目標(biāo)。

      (2)二級自動燒鋼是指模型計(jì)算各段實(shí)時控制目標(biāo)溫度,使鋼坯出爐時計(jì)算溫度無限接近出爐目標(biāo)溫度。模型將計(jì)算該段所需加熱實(shí)時溫度下達(dá)給一級,一級作為段控制目標(biāo)溫度。

      (3)同時實(shí)現(xiàn)一級、二級自動燒鋼稱為全自動燒鋼。

      3 技術(shù)方案和實(shí)施

      3.1 一級方案

      采用模糊控制與流量PID相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)一級自動燒鋼。重鋼熱軋薄板廠的加熱爐為蓄熱式加熱爐,采用流量PID進(jìn)行控制,由于在燃燒換向時溫度、煤氣流量會產(chǎn)生波動,不易實(shí)現(xiàn)自動,因此攻關(guān)時,煤氣調(diào)節(jié)閥使用模糊控制,空氣調(diào)節(jié)閥采用模糊控制與流量PID相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)一級自動燒鋼。當(dāng)煤氣閥門開口度低于特定值時,空氣閥門采用模糊控制,反之則采用流量PID控制。

      模糊控制技術(shù)的原理在于模擬人工操作思想,即實(shí)現(xiàn)當(dāng)實(shí)測溫度低于/高于設(shè)定溫度時增加/減小煤氣閥和空氣閥開度。煤氣閥位的變化量由溫差和溫閥系數(shù)決定。空氣閥的變化量由煤氣閥位變化量與空閥系數(shù)共同決定。閥門開度固定周期內(nèi)按目標(biāo)溫度與實(shí)際進(jìn)行比對進(jìn)行調(diào)節(jié),同時設(shè)置溫度控制精度,在精度范圍內(nèi),調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定維持不變。

      煤氣段調(diào)節(jié)閥自動控制,按合理固定的周期,通過對目標(biāo)溫度與爐內(nèi)溫度比較,溫差與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算閥門開度,對閥門進(jìn)行調(diào)整。

      3.2 二級方案

      模型優(yōu)化:智能控制系統(tǒng)的模型是為了對鋼坯的加熱過程進(jìn)行優(yōu)化控制,使加熱爐自動適應(yīng)多種生產(chǎn)狀況而提供的燃燒控制功能。通過優(yōu)化控制鋼坯的升溫過程,精確控制鋼坯的出爐溫度和均勻度,在提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量的前提下,降低能耗、減少氧化燒損。

      智能控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型實(shí)時計(jì)算爐內(nèi)的各鋼坯溫度及鋼坯內(nèi)部的溫度分布,并根據(jù)預(yù)測的剩余在爐時間計(jì)算將該鋼坯加熱到目標(biāo)出爐溫度所必需的爐溫,然后綜合考慮爐內(nèi)各溫度控制段所有鋼坯的加熱要求,最終計(jì)算加熱爐各段爐溫的設(shè)定值;從而對鋼坯進(jìn)行優(yōu)化加熱,精確控制鋼坯的出爐溫度及升溫過程。

      4 實(shí)施效果與鞏固措施

      板坯加熱爐自動燃燒系統(tǒng)從構(gòu)思模擬人工操作到收集大量現(xiàn)場操作人員、技術(shù)人員意見建議形成討論方案,經(jīng)工藝與自動化程序員從編譯和執(zhí)行性、可行性等發(fā)面討論和論證最后定下實(shí)施方案。通過一級、二級分步實(shí)現(xiàn)自動燒鋼最終達(dá)到全自動鋼坯加熱。在實(shí)施過程中也遇到一些難題,比如一級控制目標(biāo)溫度的平穩(wěn)性較差、一級程序反應(yīng)的及時性、跟隨性、收斂性滯后,通過逐步優(yōu)化參數(shù),設(shè)置一級目標(biāo)溫度升降幅度和一級目標(biāo)溫度收斂范圍,有效的解決了難題最終實(shí)現(xiàn)了全自動加熱。

      板坯加熱爐自動燃燒系統(tǒng)調(diào)試完成后,得到熱軋薄板廠加熱爐所有看火工的認(rèn)可和接受,并喜歡和愿意使用該系統(tǒng)。板坯加熱爐自動燃燒控制系統(tǒng)應(yīng)用后降低煤氣消耗9%左右、降低氧化燒損0.11%左右、鋼坯計(jì)算溫度與目標(biāo)溫度差在10℃以內(nèi),爐間差在7℃,溫度長度方向同板差減小8℃、爐子使用周期延長2個月、減少操作工4人。加熱爐自動燃燒控制系統(tǒng)的應(yīng)用降低了煤氣消耗、減少氧化燒損、提高加熱質(zhì)量、延長爐子使用周期減少操作工勞動強(qiáng)度,對企業(yè)降成本促生產(chǎn)有較大意義!

      在調(diào)試和使用過程中主要出現(xiàn)兩個問題:二級給一級下達(dá)的目標(biāo)溫度(必須爐內(nèi)溫度)變化波動太快,比如溫度經(jīng)常從1210℃升到1290℃,然后又從1290℃降到1200℃,由于波動較大,一級實(shí)施和跟蹤非常困難。閥門控制和溫度的滯后性,閥門動作后必須燃燒后溫度才能有反饋,溫度反饋比較滯后,因此閥門圍繞目標(biāo)溫度不停的調(diào)整效果較差。設(shè)定二級每次下達(dá)指令幅度不高于10℃,避免調(diào)整太快一級不能適應(yīng),將計(jì)算溫度策略優(yōu)化,保證溫度計(jì)算準(zhǔn)確性。爐溫檢測溫度與目標(biāo)溫度差正負(fù)8℃以內(nèi),默認(rèn)接近目標(biāo)值,不在進(jìn)行閥位調(diào)整。

      5 結(jié)論

      加熱爐自動燃燒系統(tǒng)不僅僅局限適應(yīng)于重鋼熱軋薄板廠,可以推廣到板坯式加熱爐。由于燃燒系統(tǒng)不一樣,比如蓄熱式和常規(guī)燃燒模式燃燒過程中煤氣流量和溫度穩(wěn)定性不一樣,要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整一級自動控制方案;同時由于一些廠特殊產(chǎn)品要求不一樣,需要逐步優(yōu)化和完善,比如有的特鋼對加熱速度等有特別要求,需將特殊要求與二級模型中有機(jī)結(jié)合才能更好適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)要求,只有現(xiàn)場操作好用、職工愿意用才能得到較好推廣。板坯加熱爐自動燃燒控制系統(tǒng)繼續(xù)開發(fā)結(jié)合不同爐子特點(diǎn)和不同現(xiàn)場需求,滿足現(xiàn)場需求才有較強(qiáng)推廣性!

      參考文獻(xiàn)

      [1]陳強(qiáng),章金楠,劉樹.重鋼熱軋板帶生產(chǎn)線全國產(chǎn)化自主集成技術(shù)研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2012,(02).

      [2]蔡亮,沈文.原子吸收法測定不銹鋼中錳含量不確定度評定[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2014,(10).

      [3]張俊超.玻璃鋼化機(jī)組加熱節(jié)能控制[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2015,(14).

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