CN104807036B - 一种连续式燃气加热炉的温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气加热炉领域，具体是一种连续式燃气加热炉的温度控制方法。利用传感器实时获取连续式燃气加热炉的相关信息，在计算机上设置上下限值，根据连续式燃气加热炉温度变化趋势，采取不同的方案控制。本发明实用方便可靠，效果突出，解决了连续式燃气加热炉温度控制系统中由于燃气压力变化不稳、热值变化不稳带来的温度控制难，控制精度低的问题。

Description

一种连续式燃气加热炉的温度控制方法

技术领域

本发明涉及燃气加热炉领域，具体是一种连续式燃气加热炉的温度控制方法。

背景技术

在连续式燃气加热炉温度控制系统中，加热炉温度控制的过程如下：在加热炉温度控制系统中首先采集炉压，根据炉压值确定最佳燃空比，即燃气流量与空气流量的比值，把采集来的温度与设定温度进行比较，比较后的结果通过PID控制算法，得出空气流量控制值，空气流量控制值再乘以燃空比，得出燃气流量的控制值，再以空气流量控制值与燃气流量控制值分别控制空气流量阀、燃气流量阀使得空气流量、燃气流量达到空气流量控制值、燃气流量控制值，最终达到控制加热炉炉温的目的。由于加热炉燃烧介质的热值、压力存在一定的不稳定因素，造成上述方法中的PID参数要随时调整，这样就给加热炉炉温度精度的控制带来问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何解决连续式燃气加热炉温度控制系统中出现控制精度差的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种连续式燃气加热炉的温度控制方法，按照如下的步骤进行：

步骤一、采用热电偶获得加热炉温度S，采用压力传感器获得加热炉炉压FP，采用第一流量传感器获得加热炉燃气流量CL，采用第二流量传感器获得加热炉空气流量AL，采用第一阀位传感器获得加热炉燃气流量阀阀位CP，采用第二阀位传感器获得加热炉空气流量阀阀位AP，热电偶、所有流量传感器、所有阀位传感器信号连接计算机；

步骤二、在计算机上，设定加热炉温度值SD，设定燃空比pp，设定温度升降采样时间DT，设定空气流量ALSD，设定燃气流量CLSD，设定空气流量上限ALH，设定空气流量下限ALL，设定燃气流量上限CLH，设定燃气流量下限CLL，设定温升精度CA1，设定温降精度CA2，设定控制周期T，设定每次增加的空气流量a1l，设定每次减少的空气流量a2l，设定每次增加的燃气流量c1l，设定每次减少的燃气流量用c2l，并通过计算得到温度误差CR=S-SD，当前的加热炉温度小于DT时间后加热炉温度值标记为温度上升，当前的加热炉温度等于DT时间后加热炉温度值标记为温度不变，当前的加热炉温度大于DT时间后加热炉温度值标记为温度下降；

步骤三、当10Pa≤FP≤20Pa时，进行如下调节

一、加热炉温度不变，且CA2<CR<CA1，不进行调节；

二、加热炉温度下降，温度误差低于温升精度，即CR<CA1，进行空气流量调节，空气流量上调增加的量为a11，空气流量在原来流量上增加a11，增加的燃气流量为a11*pp，经过一个控制周期T后，重新采集各控制点温度信号，若温度上升，这时就维持流量不变，否则继续增加流量进行控制，直到达到上限幅值为止；

三、加热炉温度不变，温度误差小于温降精度CR<CA2，进行空气流量调节，空气流量上调增加的量为a11，空气流量在原来流量上增加a11，增加的燃气流量为a11*pp，经过一个控制周期T后，重新采集各控制点温度信号，若温度上升，这时就维持流量不变，否则继续增加流量进行控制，直到达到上限幅值为止；

四、温度下降且CR>CA1，不对流量进行调节；

五、温度上升，温度误差小于温降精度，即CR<CA2，不对流量进行调节；

六、温度上升，温度误差大于温降精度，即CR>CA2，减少燃气流量，减少的量为c2l=a2l*pp,即燃气的流量在原来流量上减少c2l，同理减少的空气流量为a2l，经过采样时间DT，重新再采集各控制点温度信号，若温度是下降，这时就维持流量不变，否则继续按减少流量进行控制，直到下限幅值为止；

七、温度不变，温度误差大于温升精度CA1，即CR>CA1，减少燃气流量，减少的量为c2l=a2l*pp,即燃气的流量在原来流量上减少c2l，同理减少的空气流量为a2l，经过采样时间DT，重新再采集各控制点温度信号，若温度是下降，这时就维持流量不变，否则继续按减少流量进行控制，直到下限幅值为止。

本发明的有益效果是：本发明可有效的解决由于燃气热值、压力波动所造成的加热炉炉温度控制难的问题，其实施起来方便快捷、经济实用，完全可取代传统的PID控制方法。该方法的应用，不仅满足加热炉的炉温控制，也适应用类似工业装备。该方法应用一年多来，运行稳定，加热炉炉温控制精度达±5℃，实践证明该方法非常值得在工业计算机加热炉炉温自动控制系统中推广应用，其所产生经济效益不可估量。

具体实施方式

在山西太钢不锈钢股份有限公司不锈热轧厂2号加热炉温度自动控制系统中，炉温的控制是通过增加或减少空气流量、燃气流量进行的，根据实际工况在系统中确定空气流量上限幅ALH、空气流量下限幅ALL、燃气流量上限幅CLH、燃气流量下限幅CLL、温升精度CA1，温降精度CA2、空气流量增量a1l，空气流量减量a2l、燃气流量增量c1l、燃气流量减量c2l、温度升降采样时间DT，控制周期T；

调节空气流量、燃气流量，当炉压达到10~20Pa时，取这时空气流量与燃气流量的比，即燃空比pp。

不锈热轧厂2号加热炉有六个温度控制点分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6，先分别采样六点温度值，经温度升降采样时间DT后，再采样各温度控制点的温度值，把第二次采集的温度减去第一次采温度，若其值大于前一次的温度我们就认为是温度上升，若其小于前一次的温度我们就认为是温度下降，若与前一次温度值相同的认为温度不变。

再按照反馈信号以及提取方法、控制信号以及提取方法得到其余反馈信号、控制信后，对以下七种温度变化情况进行处理。

第一种情况：温度不变，CA2<CR<CA1，不对流量进行调节。

第二种情况:温度下降，温度误差小于上升温度控制精度(温升精度)，即CR<CA1，这时首先进行空气流量的调节，空气流量上调增加的量为al，空气流量的在原来流量上增加al，同理增加的燃气流量为al*pp，这样完成了一个控制过程周期T。经过采样周期DT后，判断温度变化情况，若温度是上升，这时就维持流量不变，否则继续增加流量进行控制，直到各自的上限幅值为止。

第三种情况：温度不变，温度误差小于温降控制精度（温降精度）即CR<CA2按第二种情况进行处理，温度误差小于上升温度控制精度(温升精度)，即CR<CA1，这时首先进行空气流量的调节，空气流量上调增加的量为al，空气流量的在原来流量上增加al，同理增加的燃气流量为al*pp，这样完成了一个控制过程周期T。经过采样周期DT后，判断温度变化情况，若温度是上升，这时就维持流量不变，否则继续增加流量进行控制，直到各自的上限幅值为止。

第四种情况：温度下降且CR>CA1，温度下降过程中不对流量进行调节。

第五种情况：温度上升，温度误差小于下降温度控制精度（温降精度），即CR<CA2,不对流量进行调节，维持原流量输出不变。

第六种情况：温度上升，温度误差大于下降温度控制精度（温降精度）CA2，即CR>CA2，这时进行流量的下调节，首先减少燃气流量，相应减少的量为c2l=a2l*pp,即燃气的流量在原来流量上减少c2l，同理减少的空气流量为a2l，这样完成了一个控制周期T。经DT后判断各控制点温度信号，若温度是下降，这时就维持流量不变，否则继续按减少流量进行控制，直到各自的下限幅值为止。

第七种情况：温度不变，温度误差大于上升温度控制精度，按第六种情况处理，温度上升，温度误差大于下降温度控制精度（温降精度）CA2，即CR>CA2，这时进行流量的下调节，首先减少燃气流量，相应减少的量为c2l=a2l*pp,即燃气的流量在原来流量上减少c2l，同理减少的空气流量为a2l，这样完成了一个控制周期T。经DT后判断各控制点温度信号，若温度是下降，这时就维持流量不变，否则继续按减少流量进行控制，直到各自的下限幅值为止。

加热炉温度自动系统中有上位机与下位机，上位机硬件采用工控机、软件采用WINCC进行控制，下位机采用西门子PLC硬件及其软件进行控制。由热电偶所采集的炉温值、流量传感器采集的空气流量值、燃气流量值通过PLC的模数转换卡进入PLC的中央处理单元进行相应处理。经PLC中央处理单元输出的空气流量控制输出值、燃气流量控制输出值经数模转换卡输出4~20mA电流信号去控制相应的空气流量阀的阀位、燃气流量阀的阀位，进而控制其各自相应流量，以达到控制温度的目的。

通过人机界面在上位机对控制参数进行相应设置，也可在下位上进行设置。这些参数包括：空气流量上限幅ALH、空气流量下限幅ALL、燃气流量上限幅CLH、燃气流量下限幅CLL、温升精度CA1，温降精度CA2、空气流量增量a1l，空气流量减量a2l、燃气流量增量c1l、燃气流量减量c2l、温度升降采样时间DT、控制周期T、设定温度；

控制过程如下:在下位机中把采集到的各炉温控制点温度值T1、T2、T3、T4、T5、T6与温度设定SD进行比较得出各温度控制点的温度误差CR1、CR2、CR3、CR4、CR5、CR6，经温度升降采样时间DT后，再采集各控制点的温度值，与前升降采样时间DT前各温度值进行比较，若后采集的温度点高于先前一点，就认为是温升，否则是温降，两点相同就认为温度不变。以其中的一点CR1为例，其余相同不再缀述。

第一种情况：温度不变，温度误差CR1小于温升控制精度（温升精度）CA1大于温降控制精度CA2，即CA2<CR<CA1，不对流量进行调节。

第二种情况:温度下降，温度误差CR1小于上升温度控制精度，即CR<CA1，这时首先进行空气流量的调节，温度控制系统对流量进行上升调节，空气流量上调增加的量为al。把空气流量设定增加a1l，通过模拟量输出板卡增加相应输出电流信号，该信号去控制相应空气流量阀的阀位，通过空气阀位的增加，使得空气流量在原来流量上增加a1l，同理增加的燃气流量为a1l*pp，这样完成了一个控制周期T。重新采集各控制点温度信号，经DT后进行判断，若温度上升，这时就维持流量不变，否则继续增加流量进行控制，直到各自的上限幅值为止。

第三种情况：温度不变，温度误差小于温降控制精度CR<CA2按第二种情况进行处理。

第四种情况：温度下降，温度误差大于上升温度控制精度，即CR>CA1，不对流量进行调节，维持原流量输出不变。

第五种情况：温度上升，温度误差小于下降温度控制精度，即CR<CA2,不对流量进行调节，维持原流量输出不变。

第六种情况：温度上升，温度误差大于下降温度控制精度CA2，即CR>CA2，这时温度控制系统对流量进行下调节，首先减少燃气流量设定量，其减少的量为c2l=a2l*pp，模拟量输出板卡输出要减少的相应电流信号，使燃气阀的阀位相变小，燃气流量相应减少的量为c2l=a2l*pp,即燃气的流量在原来流量上减少c2l，同理减少的空气流量为a2l，这样完成了一个控制周期T。重新采集各控制点温度信号，经DT后进行判断，若温度是下降，维持流量不变，继续上述过程直至各自的下限幅值为止。

第七种情况：温度不变，温度误差大于上升温度控制精度，按第六种情况处理。

应用近一年以来，实时控制性能好，运行稳定，效果非常显著，加热炉炉温控制精度从原先的±15℃提高至±5℃以内，提高了生产效率、经济效益及竞争力，一些品种钢成材率由原先的60%提高至91%以上，大大提高了太钢不锈热轧厂品种钢的市场竞争力，年创效达500万元以上。

计算过程：以每年提高两个品种钢成材率从60%至91%计算。一个品种钢的年产量至少在2000吨以上，每提高一吨品种钢一次性成材率25%以上，创效在0.15万元以上。

计算公式：2×2000吨×0.15万元／吨=600万元。

这还未计算重复热处理期间能源，水，电及设备损耗.因此年创效600万元以上是合理的。

Claims (1)

1.一种连续式燃气加热炉的温度控制方法，其特征在于：按照如下的步骤进行

步骤一、采用热电偶获得加热炉温度S，采用压力传感器获得加热炉炉压FP，采用第一流量传感器获得加热炉燃气流量CL，采用第二流量传感器获得加热炉空气流量AL，采用第一阀位传感器获得加热炉燃气流量阀阀位CP，采用第二阀位传感器获得加热炉空气流量阀阀位AP，热电偶、所有流量传感器、所有阀位传感器信号连接计算机；

步骤二、在计算机上，设定加热炉温度值SD，设定燃空比pp，设定温度升降采样时间DT，设定空气流量ALSD，设定燃气流量CLSD，设定空气流量上限ALH，设定空气流量下限ALL，设定燃气流量上限CLH，设定燃气流量下限CLL，设定温升精度CA1，设定温降精度CA2，设定控制周期T，设定每次增加的空气流量a1l，设定每次减少的空气流量a2l，设定每次增加的燃气流量c1l，设定每次减少的燃气流量用c2l，并通过计算得到温度误差CR=S-SD，当前的加热炉温度小于DT时间后加热炉温度值标记为温度上升，当前的加热炉温度等于DT时间后加热炉温度值标记为温度不变，当前的加热炉温度大于DT时间后加热炉温度值标记为温度下降；

步骤三、当10Pa≤FP≤20Pa时，进行如下调节

一、加热炉温度不变，且CA2<CR<CA1，不进行调节；

二、加热炉温度下降，温度误差低于温升精度，即CR<CA1，进行空气流量调节，空气流量上调增加的量为a11，空气流量在原来流量上增加a11，增加的燃气流量为a11*pp，经过一个控制周期T后，重新采集各控制点温度信号，若温度上升，这时就维持流量不变，否则继续增加流量进行控制，直到达到上限幅值为止；

三、加热炉温度不变，温度误差小于温降精度CR<CA2，进行空气流量调节，空气流量上调增加的量为a11，空气流量在原来流量上增加a11，增加的燃气流量为a11*pp，经过一个控制周期T后，重新采集各控制点温度信号，若温度上升，这时就维持流量不变，否则继续增加流量进行控制，直到达到上限幅值为止；

四、温度下降且CR>CA1，不对流量进行调节；

五、温度上升，温度误差小于温降精度，即CR<CA2，不对流量进行调节；

六、温度上升，温度误差大于温降精度，即CR>CA2，减少燃气流量，减少的量为c2l=a2l*pp,即燃气的流量在原来流量上减少c2l，同理减少的空气流量为a2l，经过采样时间DT，重新再采集各控制点温度信号，若温度是下降，这时就维持流量不变，否则继续按减少流量进行控制，直到下限幅值为止；

七、温度不变，温度误差大于温升精度CA1，即CR>CA1，减少燃气流量，减少的量为c2l=a2l*pp,即燃气的流量在原来流量上减少c2l，同理减少的空气流量为a2l，经过采样时间DT，重新再采集各控制点温度信号，若温度是下降，这时就维持流量不变，否则继续按减少流量进行控制，直到下限幅值为止。