CN104073624B - 一种立式连续退火炉炉膛压力控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立式连续退火炉炉膛压力控制方法，包括以下步骤：在立式连续退火炉各炉段设置压力变送器和压力调节阀；采集各炉段压力变送器的状态和检测值，计算炉内压力控制的检测值；根据炉内压力控制的检测值与压力设定参数值的比较结果，确定炉内压力控制的设定值；将压力控制设定值和压力控制检测值的偏差进行处理后作为压力控制器的输出；根据压力控制器的输出闭环控制炉段前部、中部、后部压力调节阀的开度；开环控制剩下的压力调节阀的开度。本发明方法将整个立式连续退火炉各炉段的压力作为一个整体考虑，消除了各炉段炉膛压力分别独立控制之间的耦合效应，保证了炉内带钢退火处理时所需还原性气氛吹入和还原性气氛排出之间的平衡。
Description
技术领域
本发明涉及冶金自动化技术领域，尤其涉及一种立式连续退火炉炉膛压力控制方法。
背景技术
为了防止冷轧带钢在立式连续退火炉中进行连续退火处理作业时被空气氧化，通常需要向立式连续退火炉炉膛内吹入氮气氢气混合气体或氮气等保护气体来构建炉内的还原性气氛：当气体混合站正常工作时喷吹氮气氢气混合气体；当气体混合站发生故障时喷吹氮气；开炉准备生产前进行炉膛吹扫时喷吹高压大流量氮气。来自于气体混合站的保护气氛通过各个喷吹支管被吹入立式连续退火炉炉膛各炉段内，同时为防止空气进入炉内破坏炉内已建立的还原性气氛，需要保持各炉膛内的压力略高于大气压力，即通过控制压力调节阀的开度稳定炉内保护气氛的压力，最终实现还原气氛的吹入和还原气氛的排出之间的平衡。
现有的立式连续退火炉炉膛压力控制通常是采用各炉段压力分别独立控制的方法：利用各个炉段的压力变送器和压力调节阀构成多个相互独立的压力控制调节回路，分别控制各压力调节阀的开度，即整个立式连续退火炉有多少个压力调节阀，就构建多少个压力闭环控制回路。这种控制方法没有考虑各炉段炉膛之间相互连通而互相耦合的因素，因而控制效果并不理想，而且由于存在多个压力闭环控制调节回路，调试与后期维护都比较费时费力。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种立式连续退火炉炉膛压力控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种立式连续退火炉炉膛压力控制方法,包括以下步骤：
1）在立式连续退火炉各炉段设置压力变送器和压力调节阀；
2）立式连续退火炉PLC控制系统采集各炉段压力变送器的状态和检测值，并计算全炉段压力加权平均值作为炉内压力控制的检测值；
3）根据全炉段压力加权平均值与压力设定上限值和压力设定下限值比较的比较结果，选择并确定炉内压力控制的设定值；
4）将压力控制设定值和压力控制检测值之间的偏差在压力控制器中做PID比例积分微分运算，并对计算结果进行限幅处理后作为压力控制器的输出；
5）根据压力控制器的输出闭环控制立式连续退火炉前部炉段、中部炉段、后部炉段共三个压力调节阀的开度；
6）依据气体混合站的工作模式开环控制剩下的其它压力调节阀的开度，其开环控制所使用的开度设定值来自于开度设定表。
按上述方案，所述步骤2）中根据压力变送器的状态只取正常工作的压力变送器的压力检测值参与压力加权平均计算。
按上述方案，所述步骤3）中炉内压力控制的设定值采取以下方法：当各炉段压力加权平均值小于或等于压力设定下限值时，将压力设定值设置为压力上限值；当各炉段压力加权平均值大于或等于压力设定上限值时，将压力设定值设置为压力下限值；当各炉段压力加权平均值介于压力设定上限值和压力设定下限值之间时，压力设定值保持原有设定值不变。
本发明产生的有益效果是：
1.将整个立式连续退火炉各炉段的压力作为一个整体进行考虑，消除了各炉段炉膛压力分别独立控制之间的耦合效应，保证了炉内带钢退火处理时所需还原性气氛吹入和还原性气氛排出之间的平衡；
2.使用一个闭环压力调节回路和多个开环压力调节回路相结合的方式实现，减少了压力闭环调节控制回路的数量，便于调试和后期维护。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明的控制流程图；
图3是本发明的开度设定表示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明方法使用一种立式连续退火炉炉膛压力控制装置来实现，该装置包含有立式连续退火炉PLC控制系统以及由PLC控制系统所控制的各炉段压力变送器和各炉段压力调节阀。针对本实施例，各炉段压力变送器包括有预热段压力变送器10、加热段1压力变送器11、加热段2压力变送器12、加热段3和均热段压力变送器13、缓冷段压力变送器14、快冷段压力变送器15、过时效段1压力变送器16、过时效段2压力变送器17、过时效段3压力变送器18、终冷段压力变送器19；各炉段压力调节阀包括有加热段1压力调节阀21、加热段2压力调节阀22、加热段3和均热段压力调节阀23、缓冷和快冷段压力调节阀24、过时效段1压力调节阀25、过时效段2压力调节阀26、过时效段3压力调节阀27、终冷段压力调节阀28。
各炉段炉膛压力变送器可选用普通压力变送器，各炉段压力调节阀可选用气关式调节阀，即当仪表气源中断时或当压力调节阀发生故障时，可确保各炉段压力调节阀处于全开的安全状态。各炉段压力变送器的输出信号通过模拟量输入模块（AI模块）接入立式连续退火炉PLC控制系统，各压力调节阀的开度给定信号通过立式连续退火炉PLC控制系统的模拟量输出模块（AO模块）连接到各压力调节阀的阀门定位器上。
如图2所示，一种立式连续退火炉炉膛压力控制方法，包括以下步骤：
1）立式连续退火炉PLC控制系统采集各炉段压力变送器的状态和检测值，并计算全炉段压力加权平均值作为炉内压力控制的检测值；
全炉段压力的加权平均值可按下式计算：
式中Pavg为计算出的全炉段压力加权平均值；N为立式连续退火炉中所有炉段安装的压力变送器的总数；Pi为各压力变送器的压力检测值；ni为各压力变送器的状态标志位，若压力变送器正常工作，则ni取值为0，若压力变送器故障，则ni取值为1。该式的物理含义是只取正常工作的压力变送器的压力检测值参与压力加权平均计算，即正常工作的压力变送器权重为1，而故障的压力变送器权重为0。对于本实施例中图1所示的特定立式连续退火炉，N取值为10，Pi为压力变送器10~19的压力检测值，ni的取值由PLC控制系统依据读入的压力检测值和压力变送器状态来判断。
当压力变送器处于断线状态、或超量程状态、或欠量程状态即判断压力变送器故障，设定其状态标志位ni取值为1。压力变送器断线状态可通过模拟量输入模块的状态字判断，超量程指实际压力检测值高于其量程上限的20%以上，欠量程状态指实际压力检测值低于其量程下限20%以上。
2）立式连续退火炉PLC控制系统将计算出的压力加权平均值与压力控制上限值和压力控制下限值比较后，选择并确定炉内压力控制的设定值，具体计算方法如下：
式中Psp为当前压力设定值,P’ sp为前一时刻的压力设定值，Pmax为压力设定值上限，为一可调参数，一般取500.0pa，Pmin为压力设定值下限，为一可调参数，一般取100.0pa，Pavg为步骤（1）中计算出的各炉段压力的加权平均值。该式的物理含义为，当各炉段压力加权平均值Pavg小于或等于压力设定下限值Pmin时，将压力设定值Psp设置为压力上限值Pmax；当各炉段压力加权平均值Pavg大于或等于压力设定上限值Pmax时，将压力设定值Psp设置为压力下限值Pmin；当各炉段压力加权平均值Pavg介于压力设定上限值Pmax和压力设定下限值Pmin之间时，压力设定值Psp保持原有设定值P’ sp不变。实际应用中，在PLC控制程序中使用如图2所示的SR触发器和二通道选择器实现上述压力设定值的比较与选择功能：当压力加权平均值Pavg小于或等于压力设定下限值Pmin时，SR触发器被置位，二通道选择器选择压力上限值Pmax作为压力设定值Psp；当压力加权平均值Pavg大于等于压力设定上限值Pmax时，SR触发器被复位，二通道选择器选择压力下限值Pmin作为压力设定值Psp。
3）计算压力控制设定值Psp和压力控制检测值Pavg之间的偏差Pe，其中Pe=Psp-Pavg；
4）在压力控制器中对偏差做PID比例积分微分运算后，由压力控制器输出并经限幅后分别闭环控制立式连续退火炉前部炉段、中部炉段、后部炉段共三个压力调节阀的开度;
5)剩下的其它压力调节阀的开度依据气体混合站的工作模式执行开环控制，开环控制所使用的压力调节阀开度设定值来自于开度设定表。
针对本实施例，由压力控制器的输出经限幅后用于压力闭环控制的压力调节阀总共有3个，分别为立式连续退火炉前部的加热段1压力调节阀21、中部的缓冷和快冷段压力调节阀24、后部的终冷段压力调节阀28。剩下的未参与压力闭环控制的压力调节阀总共为5个，即加热段2压力调节阀22、加热段3和均热段压力调节阀23、过时效段1压力调节阀25、过时效段2压力调节阀26、过时效段3压力调节阀27，其开度可按照附图3所示的开度设定表，由控制程序依据气体混合站的工作模式（气体混合站的工作模式包括有氮气吹扫模式、氮气喷吹模式、氮氢喷吹模式、停止模式等）自动选择并设定。附图3所示开度设定表中的各压力调节阀的开度设定值均为可调参数。如附图3所示的开度设定表，若此时混合气体站处于氮氢喷吹模式，则加热段2压力调节阀22开度设定值为55%，加热段3和均热段压力调节阀23开度设定值为65%，过时效段1压力调节阀25、过时效段2压力调节阀26、过时效段3压力调节阀27开度设定值均为50%。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种立式连续退火炉炉膛压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在立式连续退火炉各炉段设置压力变送器和压力调节阀；
2）立式连续退火炉PLC控制系统采集各炉段压力变送器的状态和检测值，并计算全炉段压力加权平均值作为炉内压力控制的检测值；
3）根据全炉段压力加权平均值与压力设定上限值和压力设定下限值比较的比较结果，选择并确定炉内压力控制的设定值；
4）将压力控制设定值和压力控制检测值之间的偏差在压力控制器中做PID比例积分微分运算，并对计算结果进行限幅处理后作为压力控制器的输出；
5）根据压力控制器的输出闭环控制立式连续退火炉前部炉段、中部炉段、后部炉段共三个炉段压力调节阀的开度；
6）依据气体混合站的工作模式开环控制剩下的其它压力调节阀的开度，其开环控制所使用的开度设定值来自于开度设定表。
2.根据权利要求1所述的压力控制方法，其特征在于，所述步骤2）中根据压力变送器的状态，只取正常工作的压力变送器的压力检测值参与压力加权平均计算。
3.根据权利要求1所述的压力控制方法，其特征在于，所述步骤3）中炉内压力控制的设定值采取以下方法：当各炉段压力加权平均值小于或等于压力设定下限值时，将压力设定值设置为压力上限值；当各炉段压力加权平均值大于或等于压力设定上限值时，将压力设定值设置为压力下限值；当各炉段压力加权平均值介于压力设定上限值和压力设定下限值之间时，压力设定值保持原有设定值不变。
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