CN102000814B - 钢包烘烤控制中可变双限幅温度串级调节控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种钢包烘烤控制中可变双限幅温度串级调节控制系统及方法，所述系统包括温度PID模块、煤气PID模块、运算器模块、空气PID模块、煤气量限幅模块、空气量限幅模块、炉温模块。本发明可以最大限度的提高燃料的利用率，降低有害气体的排放，采用小流量控制技术成功地解决了这一困难。这一控制技术很大程度上改善了钢包烘烤的品质和质量，提高了钢包使用寿命，同时也符合节能环保的要求。
Description
技术领域
本发明属于智能控制技术领域，涉及一种控制系统，尤其涉及一种钢包烘烤控制中可变双限幅温度串级调节控制系统；同时，本发明还涉及一种上述控制系统的控制方法。
背景技术
钢包烘烤是炼钢工序中的主要工艺环节之一，烘烤控制的性能对出钢温度、作业率、钢包使用年限等有很大影响。
蓄热式钢包烘烤技术是目前国内外炼钢厂普遍采用的烘烤技术，而在蓄热式烘烤技术中目前普遍采用以下两种温度控制系统。
1、单回路温度PID(比例、积分、微分运算控制)和比例调节阀控制系统：
调节器输出直接控制空气管道蝶阀的开度以实现对空气流量的控制，而燃气管道选用膜式(或弹簧式)比例调节阀，用空气管道压力的变化控制调节阀开度，即根据空气流量的变化带动燃气流量的变化。这是一种最简单的燃烧控制方式，单回路PID温度控制，空气和燃气波动较大，燃料不完全燃烧浪费能源，控温很不精确；使用膜式(或弹簧式)比例调节阀，空气和燃气不测流量，按近似比例控制，能耗高，污染大；加上在烤盖上烟囱高温排烟，污染环境较严重。
2、单回路温度PID控制和单回路空气PID控制系统：
用单回路温度PID调节器控制烘烤温度曲线，调节器输出直接控制燃气管道蝶阀的开度以实现对燃气流量的控制。燃气流量瞬时值×配气系数作为空气流量设定值送给空气PID调节器，调节器输出控制空气管道蝶阀的开度以实现对空气流量的控制。这种方法是两个单回路调节器容易调整，可基本按空燃比实现烘烤温度曲线控制，这种方法空气和燃气波动较大，燃料不完全燃烧浪费能源，污染大，控温不精确。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种蓄热式钢包烘烤可变双限幅温度串级调节控制系统，可提高燃料的利用率，降低有害气体的排放。
此外，本发明还提供上述控制系统的控制方法，可提高燃料的利用率，降低有害气体的排放。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明以温度串级并联调节系统为主系统，同时以限幅控制系统为辅助系统，在温度反馈控制方式中，选择串级调节控制方法目的是控制钢包烘烤温度，而控温是通过改变燃烧煤气流量和空气流量来实现的，这里就利用了辅助系统中的限幅控制对温度串级并联调节系统输出的煤气流量和空气流量进行进一步的限制来达到温度控制的最佳效果。一种钢包烘烤控制中小流量标定控制系统，所述控制系统包括温度PID模块、煤气PID模块、运算器模块、空气PID模块、煤气量限幅模块、空气量限幅模块、炉温模块。
所述温度PID模块用于控制钢包内的温度，控制器根据温度设定值与实际测量值的比较，再经PID运算后输出当前的温度控制值。
所述煤气PID模块用于控制钢包煤气管道中煤气的流量，控制器根据温度PID控制模快输出的温度控制值与实际测量的煤气流量值比较，再经PID运算后输出当前煤气管道中的煤气流量值。
所述运算器模块用于计算空气的设定值，控制器根据空气与煤气的混合燃烧比值乘以煤气的设定值得出当前空气的设定值。
所述空气PID模块用于控制钢包空气管道中空气的流量，控制器根据空气的设定值与实际测量的流量值比较，再经PID运算后输出当前空气管道中的空气流量值。
所述煤气量限幅模块用于控制钢包煤气管道中煤气的流量，控制器根据实际的现场测量值在煤气流量的输出端加以限制，使输出的煤气流量更加精确。
所述空气量限幅模块用于控制钢包空气管道中空气的流量，控制器根据实际的现场测量值在空气流量的输出端加以限制，使输出的空气流量更加精确。
所述炉温模块用于控制器根据煤气流量和空气流量控制钢包内温度的输出，并作为温度采集将当前温度值反馈给温度PID模块。
作为本发明的一种优选方案，所述煤气限幅和空气限幅模块存在于将传统的PID输出控制值加以限幅，使实际控制更为精确。
一种上述控制系统的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：
步骤0、控制器通过模拟量采集模块对温度、空气流量、煤气流量等模拟量信号采集，并将由信号传感器采集到的4-20毫安的电流信号转化为实际对应的参数值。
步骤1、控制器根据烘烤输入参数与烘烤曲线的一一对应关系确定蓄热式钢包烘烤中的烘烤温度曲线。
步骤2、控制器由对应温度曲线得出当前的温度控制参数，并以此值做温度PID的设定值输出运算。
步骤3、控制器将温度PID运算得到的输出值作为煤气PID运算的设定输入值，并以此值做煤气PID运算，得出的值做煤气控制参数，控制煤气管道中的煤气流量。
步骤4、控制器将温度PID运算得到的输出值按照煤气与空气充分燃烧的比例值做运算得出的结果作为空气PID运算的设定输入值。并以此值做空气PID运算，得出的值做空气控制参数，控制空气管道中的空气流量。
步骤5、燃气限幅：根据现场手动制作的温度/燃气流量数据表，把温度曲线每小时对应的煤气流量上下限范围标定，并加在煤气PID运算输出的限幅条件中，再由控制器输出当前的煤气流量值。
步骤6、空气限幅：根据现场手动制作的温度/燃气流量数据表，把温度曲线每小时对应的空气流量上下限范围标定，并加在空气PID运算输出的限幅条件中，再由控制器输出当前的空气流量值。
步骤7、结束。
本发明的有益效果在于：可变双限幅温度串级调节控制系统即能满足烘烤升温曲线的要求，又能减小空气量和煤气量波动的幅度，使升温曲线更好吻合，这一控制技术很大程度上改善了钢包烘烤的品质和质量，提高了钢包使用寿命，同时节约煤气，节能减排效果显著。
附图说明
图1为可变双限幅温度串级调节控制系统框图。
图2为使用可变双限幅温度串级调节控制系统的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
本发明以温度串级并联调节系统为主系统，在温度反馈控制方式中，选择串级调节控制方法的目的是控制钢包烘烤温度，而控温是通过改变燃烧煤气流量和空气流量来实现的。分析这几个测量信号和温度控制对象可以得出，温度的测量和控制是大滞后环节，其传递函数近似为二阶惯性环节加纯滞后环节，而煤气流量和空气流量从测量信号到控制信号反应都非常快，其传递函数近似为一阶惯性环节，主要干扰源也来之于煤气和空气管路，这样的系统最适合采用串级调节控制方法。采用串级调节控制方法，以温度为主调信号，温度回路为主控制回路，以煤气、空气为副调回路进行温度调节控制是最佳选择，同时以限幅控制系统为辅助系统，在实际烘烤中用辅助系统对温度串级并联调节主系统中的空气量和煤气量按小时段加以限幅控制，这种控制方式为可变双限幅温度串级调节控制系统。
请参阅图1，本发明揭示了一种钢包烘烤控制中钢可变双限幅温度串级调节控制系统，所述系统包括温度PID模块、煤气PID模块、运算器模块、空气PID模块、煤气量限幅模块、空气量限幅模块、炉温模块。
所述温度PID模块用于控制钢包内的温度，控制器根据温度设定值与实际测量值的比较，再经PID运算后输出当前的温度控制值。
所述煤气PID模块用于控制钢包煤气管道中煤气的流量，控制器根据温度PID控制模快输出的温度控制值与实际测量的煤气流量值比较，再经PID运算后输出当前煤气管道中的煤气流量值。
所述运算器模块用于计算空气的设定值，控制器根据空气与煤气的混合燃烧比值乘以煤气的设定值得出当前空气的设定值。
所述空气PID模块用于控制钢包空气管道中空气的流量，控制器根据空气的设定值与实际测量的流量值比较，再经PID运算后输出当前空气管道中的空气流量值。
所述煤气量限幅模块用于控制钢包煤气管道中煤气的流量，控制器根据实际的现场测量值在煤气流量的输出端加以限制，使输出的煤气流量更加精确。
所述空气量限幅模块用于控制钢包空气管道中空气的流量，控制器根据实际的现场测量值在空气流量的输出端加以限制，使输出的空气流量更加精确。
所述煤气限幅模块、空气限幅模块通过控制器把温度串级并联调节主系统中输出的空气量和煤气量，按小时段加以限幅控制，使得控制更加精确。
所述炉温模块用于控制器根据煤气流量和空气流量控制钢包内温度的输出，并作为温度采集将当前温度值反馈给温度PID模块。
请参阅图2，以下结合图2介绍可变双限幅温度串级调节控制系统的方法的流程图，所述控制方法包括如下步骤：
步骤0、控制器通过模拟量采集模块对温度、空气流量、煤气流量等模拟量信号采集，并将由信号传感器采集到的4-20毫安的电流信号转化为实际对应的参数值。
步骤1、控制器根据烘烤输入参数与烘烤曲线的一一对应关系确定蓄热式钢包烘烤中的烘烤温度曲线。
步骤2、控制器由对应温度曲线得出当前的温度控制参数，并以此值做温度PID的设定值输出运算。
步骤3、控制器将温度PID运算得到的输出值作为煤气PID运算的设定输入值，并以此值做煤气PID运算，得出的值做煤气控制参数，控制煤气管道中的煤气流量。
步骤4、控制器将温度PID运算得到的输出值按照煤气与空气充分燃烧的比例值做运算得出的结果作为空气PID运算的设定输入值。并以此值做空气PID运算，得出的值做空气控制参数，控制空气管道中的空气流量。
步骤5、燃气限幅：根据现场手动制作的温度/燃气流量数据，把温度曲线每小时对应的煤气流量上下限范围标定，并加在煤气PID运算输出的限幅条件中，再由控制器输出当前的煤气流量值。
步骤6、空气限幅：根据现场手动制作的温度/燃气流量数据，把温度曲线每小时对应的空气流量上下限范围标定，并加在空气PID运算输出的限幅条件中，再由控制器输出当前的空气流量值。
步骤7、结束。
综上所述，本发明提出的蓄热式钢包烘烤控制中可变双限幅温度串级调节控制系统，可以最大限度的提高燃料的利用率，降低有害气体的排放，采用小流量控制技术成功地解决了这一困难。本发明在很大程度上改善了钢包烘烤的品质和质量，提高了钢包使用寿命，同时也符合节能环保的要求。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (3)
1.一种钢包烘烤控制中可变双限幅温度串级调节控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：温度PID模块、煤气PID模块、运算器模块、空气PID模块、煤气量限幅模块、空气量限幅模块、炉温模块；
其中，所述温度PID模块用于控制钢包内的温度，控制器根据温度设定值与实际测量值的比较，再经PID运算后输出当前的温度控制值；
所述煤气PID模块用于控制钢包煤气管道中煤气的流量，控制器将温度PID运算得到的输出值作为煤气PID运算的设定输入值，并以此值做煤气PID运算，得出的值做煤气控制参数，控制煤气管道中的煤气流量；
所述运算器模块用于计算空气的设定值，控制器根据空气与煤气的混合燃烧比值乘以煤气的设定值得出当前空气的设定值；
所述空气PID模块用于控制钢包空气管道中空气的流量，控制器根据空气的设定值与实际测量的流量值比较，再经PID运算后输出当前空气管道中的空气流量值；
所述煤气量限幅模块用于控制钢包煤气管道中煤气的流量，控制器根据实际的现场测量值在煤气流量的输出端加以限制，使输出的煤气流量更加精确；
所述空气量限幅模块用于控制钢包空气管道中空气的流量，控制器根据实际的现场测量值在空气流量的输出端加以限制，使输出的空气流量更加精确；
所述炉温模块用于控制器根据煤气流量和空气流量控制钢包内温度的输出，并作为温度采集将当前温度值反馈给温度PID模块。
2.根据权利要求1所述的钢包烘烤控制中可变双限幅温度串级调节控制系统，其特征在于：
所述煤气量限幅模块、空气量限幅模块通过控制器把所述钢包煤气管道中煤气的流量和所述钢包空气管道中空气的流量，按小时段加以限幅控制，使得控制更加精确。
3.一种权利要求1所述控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
步骤0、控制器通过模拟量采集模块对温度、空气流量、煤气流量等模拟量信号采集，并将由信号传感器采集到的4-20毫安的电流信号转化为实际对应的参数值；
步骤1、控制器根据烘烤输入参数与烘烤曲线的一一对应关系确定蓄热式钢包烘烤中的烘烤温度曲线；
步骤2、控制器由对应温度曲线得出当前的温度控制参数，并以此值做温度PID的设定值输出运算；
步骤3、控制器将温度PID运算得到的输出值作为煤气PID运算的设定输入值，并以此值做煤气PID运算，得出的值做煤气控制参数，控制煤气管道中的煤气流量；
步骤4、控制器将温度PID运算得到的输出值按照煤气与空气充分燃烧的比例值做运算得出的结果作为空气PID运算的设定输入值；并以此值做空气PID运算，得出的值做空气控制参数，控制空气管道中的空气流量；
步骤5、燃气限幅 ：根据现场手动制作的温度/燃气流量数据表，把温度曲线每小时对应的煤气流量上下限范围标定，并加在煤气PID运算输出的限幅条件中，再由控制器输出当前的煤气流量值；
步骤6、空气限幅：根据现场手动制作的温度/燃气流量数据表，把温度曲线每小时对应的空气流量上下限范围标定，并加在空气PID运算输出的限幅条件中，再由控制器输出当前的空气流量值；
步骤7、结束。
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