基于加熱爐智能燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造

2014-10-07 15:07:46 大云網(wǎng)　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

摘　要：萊鋼1500寬帶鋼生產(chǎn)線采用的是斯坦因公司的數(shù)字化加熱爐，其燃燒系統(tǒng)采用的脈沖燃燒控制方式，具有靈活操作、加熱質(zhì)量高、燃耗低等優(yōu)點(diǎn)。由于現(xiàn)場工況限制造成加熱爐加熱溫度不均、煤氣熱值不穩(wěn)、加熱能

摘　要：萊鋼1500寬帶鋼生產(chǎn)線采用的是斯坦因公司的數(shù)字化加熱爐，其燃燒系統(tǒng)采用的脈沖燃燒控制方式，具有靈活操作、加熱質(zhì)量高、燃耗低等優(yōu)點(diǎn)。由于現(xiàn)場工況限制造成加熱爐加熱溫度不均、煤氣熱值不穩(wěn)、加熱能力不足，現(xiàn)場生產(chǎn)節(jié)奏頻繁改變都給加熱系統(tǒng)增加了困難。經(jīng)改造后的燃燒控制系統(tǒng)有效提高了爐溫的穩(wěn)定性，有利于后續(xù)軋制及帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：脈沖燃燒　PID控制器　模糊控制

1　加熱爐存在的問題以及原因

1.1　存在的問題

　　目前，加熱爐存在的主要問題是加熱溫度不均，加熱能力不足。現(xiàn)在兩座加熱爐實(shí)際加熱能力300～450t/h,低于設(shè)計(jì)能力480～520t/h（冷坯～熱坯)。加熱溫度不均，板坯爐間溫差25~35℃，同板溫差20~45℃。而國內(nèi)同類生產(chǎn)線加熱質(zhì)量指標(biāo)是，板坯爐間溫差≤15℃，同板溫差≤15℃。

　　1.2　原因分析

　　目前的斯坦因加熱爐燃燒模型當(dāng)產(chǎn)量、加熱鋼種、尺寸、坯料入爐溫度、待（停）軋時(shí)間、開軋溫度變化時(shí)，均需一段時(shí)間使得加熱爐溫度緩慢提升，以避免對(duì)整個(gè)煤氣系統(tǒng)的強(qiáng)烈沖擊。但由于現(xiàn)場節(jié)奏的提升，操作人員不能等到溫度的緩慢上升，燃燒策略不能及時(shí)實(shí)時(shí)加以調(diào)整，人為因素干擾較大，操作水平、燃燒技術(shù)、個(gè)人能力差異、控制燃燒操作不統(tǒng)一，造成燃燒時(shí)間長、爐溫鋼溫波動(dòng)較大、鋼坯加熱質(zhì)量不穩(wěn)定、能源燃燒浪費(fèi)、單位消耗量大、污染嚴(yán)重、產(chǎn)品質(zhì)量性能下降。

　2　加熱爐采用的控制方式

　　爐體由下述各加熱區(qū)構(gòu)成：預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)、保溫段。各區(qū)由燃燒燃?xì)馀c空氣加熱。可燃?xì)饬靼磾?shù)個(gè)控制回路中的設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖1為加熱控制示意圖。

圖1所示的為傳統(tǒng)的加熱控制回路。實(shí)際溫度Tm和目標(biāo)溫度Tc的偏差為：。在傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器中，其輸出為：。其中：Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時(shí)間。Kp與Ti 為內(nèi)PI參數(shù)，由操作員調(diào)節(jié)一次。輸出信號(hào)u(t)按下式轉(zhuǎn)換成加熱需求：y(t)=a*u(t)+b。其中：a,b=常數(shù)。式中函數(shù)y代表控制回路所確定燃燒控制閥的設(shè)定值，y值不會(huì)超過保護(hù)限值，其用途是確保一定時(shí)間間隔內(nèi)的空氣／燃?xì)獗嚷省＿@兩種控制回路是交叉控制策略方式分配的，主要用來檢測空氣／燃?xì)獗嚷省Ｈ紵に嚵鞒炭刂菩盘?hào)是基于控制回路起發(fā)的，名稱：空氣（空氣流率）與Q Q燃?xì)猓ㄈ細(xì)饬髀剩．?dāng)加熱條件都處于理想狀況下，此控制系統(tǒng)運(yùn)行控制效果很好，產(chǎn)品質(zhì)量鋼溫穩(wěn)定，有利于后續(xù)軋機(jī)軋制。但現(xiàn)實(shí)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，由于受到各種因素影響，如煤氣壓力、空氣壓力、煤氣質(zhì)量等各種因素不斷變化，以及后續(xù)軋機(jī)設(shè)備狀況是否順行，對(duì)爐內(nèi)產(chǎn)品規(guī)格要求及軋制節(jié)奏實(shí)時(shí)調(diào)整策略，都給給燃燒造成一定影響，從而對(duì)燃燒控制系統(tǒng)造成一定的影響，最終影響到鋼坯加熱效果，對(duì)后續(xù)軋制不利。

3　燃燒系統(tǒng)控制技術(shù)改造實(shí)施方案

針對(duì)加熱爐存在的問題，在傳統(tǒng)的比例積分控制的基礎(chǔ)上，引入模糊控制理論，實(shí)現(xiàn)加熱爐的智能控制。

　3.1　實(shí)施目標(biāo)

　　傳統(tǒng)調(diào)節(jié)控制回路不能超越工藝過程復(fù)雜性與不確定性的限制，傳統(tǒng)比例積分調(diào)控裝置（PI）不能正確控制工藝過程的發(fā)展。最嚴(yán)重的干擾來自生產(chǎn)變更：調(diào)步變化、產(chǎn)品（類型、尺寸、數(shù)量）、使用不同的生產(chǎn)方式（短延時(shí)、長延時(shí)、低火焰）。所有這些因素都造成轉(zhuǎn)換，而此點(diǎn)在傳統(tǒng)調(diào)控中是沒有進(jìn)行周密考慮的。

　　此控制系統(tǒng)所要調(diào)節(jié)的重要工藝參數(shù)為系統(tǒng)工藝過程的微積分（PID）系數(shù)的調(diào)整。對(duì)現(xiàn)場燃燒工藝過程通過函數(shù)傳遞，通過利用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整計(jì)算公式計(jì)算控制的調(diào)整裝置的系統(tǒng)參數(shù)，使工藝過程數(shù)學(xué)模型的參數(shù)與調(diào)控裝置的參數(shù)相結(jié)合，計(jì)算得出適合并兼顧回路控制調(diào)節(jié)快速且準(zhǔn)確的平衡點(diǎn)。模糊邏輯的目標(biāo)不但是要改善燃?xì)饬髡袷帨p幅狀況而且還要按所測溫度確定較好的設(shè)定值。

　3.2　實(shí)施方法

　　使用模糊管理程序，調(diào)控裝置按實(shí)際運(yùn)行確定的傳統(tǒng)PI（比例積分）參數(shù)。從系統(tǒng)觀察、經(jīng)驗(yàn)與過程認(rèn)識(shí)中析取數(shù)據(jù)，形成模糊邏輯管理程序特殊數(shù)據(jù)庫，模糊邏輯塊確定并適應(yīng)比例積分調(diào)控裝置按輸入值確定的必要變更。

　　加熱爐燃燒控制是一個(gè)操作范圍較廣的復(fù)雜系統(tǒng)，單獨(dú)的PID控制系統(tǒng)不能完全滿足于整個(gè)燃燒控制系統(tǒng)，為更好的達(dá)到加熱效果及控制燃燒要求，并基于節(jié)省能源的控制基礎(chǔ)上，模糊邏輯控制系統(tǒng)是在標(biāo)準(zhǔn)的PID控制器的基礎(chǔ)上研發(fā)并得到實(shí)踐應(yīng)用產(chǎn)生的，斯坦因加熱爐通過優(yōu)化爐子的加熱溫度設(shè)定點(diǎn)，利用熱量物理模型計(jì)算爐內(nèi)鋼坯坯料的溫度，并通過控制模型計(jì)算的加熱爐各區(qū)域期望的最適宜的溫度，使鋼坯坯料達(dá)到目標(biāo)溫度。標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)器的模糊系統(tǒng)基本框圖如圖2所示。

模糊系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)為：

* 設(shè)定值和實(shí)測值間的偏差

* 實(shí)測動(dòng)態(tài)溫度

* 區(qū)域內(nèi)鋼坯總量

* 實(shí)際生產(chǎn)率

　　模糊系統(tǒng)的輸出參數(shù)為：

* Kp — 比例系數(shù)

* Ki — 積分時(shí)間

　　該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于斯坦因加熱爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，特別在燃?xì)鉄嶂捣€(wěn)定的加熱爐中控制效果尤為理想。

責(zé)任編輯：葉雨田

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