CN110319710A - 连续推钢式加热炉串级闭环控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续推钢式加热炉串级闭环控制系统及其控制方法,控制系统包括PLC控制器，PLC控制器分别连接有wincc操作站、烧嘴点火控制器、风压控制器和温度控制PID回路，温度控制PID回路依次连接有流量控制PID回路、位置控制PID回路、位置执行机构、流量检测器和温度检测器；控制方法包括输入参数，开启点火控制器，温度控制PID回路输出温度给定值给流量控制PID回路，流量控制PID回路输出流量给定值给位置控制PID回路，位置控制PID回路控制位置执行机构动作幅度来调节热风流量和燃气流量，从而实现对温度的调节。本发明具有节省燃料成本、燃烧充分、温度控制精度高、NOX排放低的特点。

Description

连续推钢式加热炉串级闭环控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种连续推钢式加热炉控制系统，特别是一种连续推钢式加热炉串级闭环控制系统及其控制方法。
背景技术
连续推钢式加热炉是轧钢车间加热钢料时应用最普遍的炉子，一般加热钢料时温度都在900～1350℃左右，热处理时温度都在700～1150℃左右。在连续推钢式加热炉中，炉子的工作是连续的，钢料由炉温较低的炉尾装入，在机械作用下以一定速度向炉温较高的炉头移动，与炉膛内的热气体反向而行，当钢料被加热到工艺要求的温度时，便不断从炉内排出。现有的连续推钢式加热炉的控制系统，对燃气和热风流量的控制量不够精确，会产生一定量的燃气和热风流量的浪费，在大量的钢料、长时间的处理下，燃气和热能源消耗量极大，大大增加了燃料成本，或者造成燃烧不够充分、NOX排放严重超标、温度精度控制不够理想的问题，导致钢料处理质量不佳。因此，现有的续推钢式加热炉的控制系统，存在成本较大的问题或者存在燃烧不够充分、温度精度控制不够理想，NOX排放严重超标的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种连续推钢式加热炉串级闭环控制系统及其控制方法。本发明具有节省燃料成本、燃烧充分、温度控制精度高、NOX排放低的特点。
本发明的技术方案：连续推钢式加热炉串级闭环控制系统，包括PLC控制器，PLC控制器分别连接有wincc操作站、烧嘴点火控制器、风压控制器和温度控制PID回路，温度控制PID回路依次连接有流量控制PID回路、位置控制PID回路、位置执行机构、流量检测器和温度检测器，位置执行机构还与位置控制PID回路连接，流量检测器还与流量控制PID回路连接，温度检测器还与温度控制PID回路连接。
前述的连续推钢式加热炉串级闭环控制系统中，所述流量控制PID回路和位置控制PID回路均包括燃气回路和热风回路，流量检测器包括燃气流量计和热风流量计，位置执行机构包括燃气调节阀和热风调节阀，温度检测器采用热电偶。
前述的连续推钢式加热炉串级闭环控制系统中，所述烧嘴点火控制器包括点火控制端子、高压点火线圈和紫外火焰检测器。
前述的连续推钢式加热炉串级闭环控制系统中，所述风压控制器包括风机变频器，风机变频器的出口管道连接有热风压力传感器。
上述的连续推钢式加热炉串级闭环控制系统的控制方法，包括以下步骤：
A、输入温度数据、空燃比配置参数；
B、启动风压控制器，开启烧嘴点火控制器点火；
C、待火焰正常燃烧后，若实际温度与设定温度之间存在温度差值，则温度控制PID回路依次通过流量控制PID回路、位置控制PID回路驱动热风调节阀的动作幅度，控制进风量大小；
D、当热风流量实际值达到热风流量给定值，热风调节阀保持开度位置不变；
E、流量控制PID回路按照空燃比配置参数通过位置控制PID回路，驱动燃气调节阀的动作幅度，控制燃气量大小；
F、当燃气流量实际值达到燃气流量设定值，燃气调节阀保持当前开度位置不变；
G、重复步骤C、步骤D、步骤E和步骤F，直至加热炉内实际温度达到设定的温度，进入稳态燃烧。
前述的控制方法中，所述步骤B具体为，启动风压控制器，开启烧嘴点火控制器点火，火焰检测器检测到火焰正常后点火工作完成，如果三秒钟之后未检测到火焰信号，PLC控制器自动切断燃气调节阀。
前述的控制方法中，所述步骤C具体为，待火焰正常燃烧后，若实际温度与设定温度之间存在温度差值，则温度控制PID回路输出温度给定值给流量控制PID回路，流量控制PID回路将温度给定值转换成热风流量给定值，并将热风流量给定值发送给位置控制PID回路，位置控制PID回路将热风流量给定值转换成热风调节阀给定值，根据热风调节阀给定值驱动热风调节阀的动作幅度，控制进风量大小。
前述的控制方法中，所述步骤D具体为，若热风流量实际值与热风流量给定值之间存在差值，则流量控制PID回路将热风差值发送给位置控制PID回路，控制PID回路将热风差值转化为热风调节值，并驱动热风调节阀动作幅度，控制进风量大小，直至热风流量计检测热风流量实际值达到热风流量给定值后，流量控制PID回路稳定输出，热风调节阀保持开度位置不变。
前述的控制方法中，所述步骤E具体为，流量控制PID回路将温度给定值换算成热风流量给定值的同时，根据空燃比配置参数，将热风流量给定值按照设定的比例换算成燃气流量给定值，并将燃气流量给定值发送给位置控制PID回路，位置控制PID回路将燃气流量给定值转换成燃气调节阀给定值，根据燃气调节阀给定值驱动燃气调节阀的动作幅度，控制燃气量大小。
前述的控制方法中，所述步骤F具体为，若燃气流量实际值与燃气流量给定值之间存在差值，则流量控制PID回路将燃气差值发送给位置控制PID回路，控制PID回路将燃气差值转化为燃气调节值，并驱动燃气调节阀动作幅度，控制燃气量大小，直至燃气流量计检测燃气流量达到燃气流量给定值，实际空燃比达到设定的空燃比参数后，流量控制PID回路稳定输出，燃气调节阀保持开度位置不变，完成流量闭环控制。
与现有技术相比，
本发明改进了原有的控制系统，采用流量加位置控制双闭环串级调节系统，将温度控制PID回路依次连接流量控制PID回路、位置控制PID回路，即，温度控制PID回路输出温度调节量，流量控制PID回路根据温度调节量输出流量调节量，位置控制PID回路根据流量调节量输出位置调节量，然后通过位置执行机构控制相应的调节阀，依次调节进风量和进燃气量，完成调节阀的开度位置控制，从而调节加热炉内的温度，温度检测器实时向温度控制PID回路反馈温度数据，实现温度闭环控制；其中，进燃气量根据进风量和空燃比配置参数控制，流量检测器实时反馈流量情况，实现流量闭环控制，精确控制燃气和热风流量，节省燃气和热风资源，减少NOX排放，可以每年直接节省燃气成本近两百万，加热炉产值每年近亿元；同时使燃烧更充分，温度区间更平稳，控制温度的精度在±5℃，大大提高温度控制的精度，提高特殊钢料，例如碳素钢、合金钢的处理质量；还可以在炉体内设置不同的分区，每个分区采用本发明的控制系统，从而可以随意配置各分区的空燃比，调节出适合各种特殊钢的火焰氛围，实用性能强，通用性好，适用范围广。因此，本发明具有节省燃料成本、燃烧充分、温度控制精度高、NOX排放低的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
如图1所示，连续推钢式加热炉串级闭环控制系统，包括PLC控制器，PLC控制器分别连接有wincc操作站、烧嘴点火控制器、风压控制器和温度控制PID回路，温度控制PID回路依次连接有流量控制PID回路、位置控制PID回路、位置执行机构、流量检测器和温度检测器，位置执行机构还与位置控制PID回路连接，流量检测器还与流量控制PID回路连接，温度检测器还与温度控制PID回路连接。
所述流量控制PID回路和位置控制PID回路均包括燃气回路和热风回路，流量检测器包括燃气流量计和热风流量计，位置执行机构包括燃气调节阀和热风调节阀。
所述温度检测器采用热电偶。
所述PLC控制器采用西门子S7-300PLC。
所述烧嘴点火控制器包括点火控制端子、高压点火线圈和火焰检测器。
所述风压控制器包括风机变频器，风机变频器的出口管道连接有热风压力传感器。根据热风流量变化实时按比例改变热风压力设定，根据热风压力传感器反馈适时调节风机变频器频率，以此达到调节目的。由于负压容易回火危害很大，风压保证不大于炉膛压力，使炉体变形。同时风压设置最小值，低于最小值停止系统工作，报警输出。
一种连续推钢式加热炉串级闭环控制系统的控制方法，包括以下步骤：
A、操作人员通过wincc操作站输入需要的温度数据、空燃比配置参数等各项监控参数；
B、打开PLC控制器电源，闭合点火控制端子，PLC控制器启动风压控制器，分别打开燃气调节阀和热风调节阀，燃气调节阀和热风调节阀的开启程度足够烧嘴点火即可，待燃气压力和风压正常后，开启烧嘴点火控制器，驱动高压点火线圈点火，火焰检测器检测到火焰正常后点火工作完成，如果三秒钟之后未检测到火焰信号，PLC控制器自动切断燃气调节阀。
C、待火焰正常燃烧后，热电偶实时检测加热炉内实际温度，并向温度控制PID回路反馈实际温度，若实际温度与设定温度之间存在温度差值，则温度控制PID回路输出温度给定值给流量控制PID回路，流量控制PID回路将温度给定值转换成热风流量给定值，并将热风流量给定值发送给位置控制PID回路，位置控制PID回路将热风流量给定值转换成热风调节阀给定值，根据热风调节阀给定值驱动热风调节阀的动作幅度，控制进风量大小；
D、热风流量计实时检测热风流量,并向流量控制PID回路反馈热风流量实际值，若热风流量实际值与热风流量给定值之间存在差值，则流量控制PID回路将热风差值发送给位置控制PID回路，控制PID回路将热风差值转化为热风调节值，并以此驱动热风调节阀动作幅度，控制进风量大小，直至热风流量计检测热风流量实际值达到热风流量给定值后，流量控制PID回路稳定输出，热风调节阀保持开度位置不变；
E、流量控制PID回路将温度给定值换算成热风流量给定值的同时，流量控制PID回路根据空燃比配置参数，将热风流量给定值按照设定的比例换算成燃气流量给定值，并将燃气流量给定值发送给位置控制PID回路，位置控制PID回路将燃气流量给定值转换成燃气调节阀给定值，根据燃气调节阀给定值驱动燃气调节阀的动作幅度，控制燃气量大小；
F、燃气流量计实时检测燃气流量，并向流量控制PID回路反馈燃气流量实际值，若燃气流量实际值与燃气流量给定值之间存在差值，则流量控制PID回路将燃气差值发送给位置控制PID回路，控制PID回路将燃气差值转化为燃气调节值，并以此驱动燃气调节阀动作幅度，控制燃气量大小，直至燃气流量计检测燃气流量实际值达到燃气流量给定值，实际空燃比达到设定的空燃比参数后，流量控制PID回路稳定输出，燃气调节阀保持开度位置不变，完成流量闭环控制。
G、重复步骤C、步骤D、步骤E和步骤F，直至加热炉内实际温度达到设定的温度，完成温度闭环控制，完成温度、燃气和热风量的调节，加热炉进入稳态燃烧。
实施例1。
A、操作人员通过wincc操作站输入加热炉的温度参数1250℃，空燃比为5：1，热风流量最小给定值为500立方，燃气流量最小给定值为100立方；
B、打开PLC控制器电源，闭合点火控制端子，PLC控制器启动风压控制器，手动打开热风调节阀15％，燃气调节阀6％，使得热风流量和燃气流量足够烧嘴点火，待燃气压力和风压正常后，开启烧嘴点火控制器，驱动高压点火线圈点火，火焰检测器检测到火焰正常后点火工作完成；
C、此时热电偶检测并反馈加热炉内实际温度为50℃，温度控制PID回路将温度反馈值换算成百分数形式，输出温度给定值给流量控制PID回路，此时由于实际温度与设定的温度参数相差过大，输出温度给定值100％，即全功率燃烧，若热风流量最大值是1500立方，则流量控制PID回路输出热风流量给定值1500立方给位置控制PID回路，位置控制PID回路将热风流量给定值1500立方转换成热风调节阀给定值，根据热风调节阀给定值驱动热风调节阀的动作幅度，控制进风量大小；
D、若热风流量计检测并反馈到热风流量实际为500立方，则流量控制PID回路将热风差值1000立方发送给位置控制PID回路，控制PID回路将热风差值1000立方转化为热风调节值60％，并以此驱动热风调节阀动作幅度，控制进风量大小，直至热风流量计检测热风流量实际值达到1500立方后，流量控制PID回路稳定输出，热风调节阀保持开度位置不变，热风回路调节完毕；
E、流量控制PID回路根据空燃比配置参数5：1，将热风流量给定值1500立方换算成燃气流量给定值300立方，并将燃气流量给定值300立方发送给位置控制PID回路，位置控制PID回路将燃气流量给定值300立方转换成燃气调节阀给定值，根据燃气调节阀给定值驱动燃气调节阀的动作幅度，控制燃气量大小；
F、燃气流量计实时检测燃气流量，并向流量控制PID回路反馈燃气流量实际值，若燃气流量实际值与燃气流量给定值之间存在差值，则流量控制PID回路将燃气差值发送给位置控制PID回路，控制PID回路将燃气差值转化为燃气调节值，并以此驱动燃气调节阀动作幅度，控制燃气量大小，直至燃气流量计检测燃气流量实际值达到燃气流量给定值300，实际空燃比达到设定的空燃比参数5：1，流量控制PID回路稳定输出，燃气调节阀保持开度位置不变，燃气回路调节完毕，完成流量闭环控制。
G、重复步骤C、步骤D、步骤E和步骤F，直至加热炉内实际温度达到设定的温度，完成温度闭环控制，完成温度、燃气和热风量的调节，加热炉进入稳态燃烧。
以上过程中，热风流量最小给定值不能小于500立方，燃气流量最小给定值不能小于100立方，否则PLC控制器会自动输出热风流量500立方，燃气流量100立方，保持最小燃烧需要的热风和燃气，避免没有火焰信号导致的停机。

Claims (10)

1.连续推钢式加热炉串级闭环控制系统，其特征在于：包括PLC控制器，PLC控制器分别连接有wincc操作站、烧嘴点火控制器、风压控制器和温度控制PID回路，温度控制PID回路依次连接有流量控制PID回路、位置控制PID回路、位置执行机构、流量检测器和温度检测器，位置执行机构还与位置控制PID回路连接，流量检测器还与流量控制PID回路连接，温度检测器还与温度控制PID回路连接。
2.根据权利要求1所述的连续推钢式加热炉串级闭环控制系统，其特征在于：所述流量控制PID回路和位置控制PID回路均包括燃气回路和热风回路，流量检测器包括燃气流量计和热风流量计，位置执行机构包括燃气调节阀和热风调节阀，温度检测器采用热电偶。
3.根据权利要求1所述的连续推钢式加热炉串级闭环控制系统，其特征在于：所述烧嘴点火控制器包括点火控制端子、高压点火线圈和紫外火焰检测器。
4.根据权利要求1所述的连续推钢式加热炉串级闭环控制系统，其特征在于：所述风压控制器包括风机变频器，风机变频器的出口管道连接有热风压力传感器。
5.根据权利要求1所述的一种连续推钢式加热炉串级闭环控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、输入温度数据、空燃比配置参数；
B、启动风压控制器，开启烧嘴点火控制器点火；
C、待火焰正常燃烧后，若实际温度与设定温度之间存在温度差值，则温度控制PID回路依次通过流量控制PID回路、位置控制PID回路驱动热风调节阀的动作幅度，控制进风量大小；
D、当热风流量实际值达到热风流量给定值，热风调节阀保持开度位置不变；
E、流量控制PID回路按照空燃比配置参数通过位置控制PID回路，驱动燃气调节阀的动作幅度，控制燃气量大小；
F、当燃气流量实际值达到燃气流量设定值，燃气调节阀保持当前开度位置不变；
G、重复步骤C、步骤D、步骤E和步骤F，直至加热炉内实际温度达到设定的温度，进入稳态燃烧。
6.据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步骤B具体为，启动风压控制器，开启烧嘴点火控制器点火，火焰检测器检测到火焰正常后点火工作完成，如果三秒钟之后未检测到火焰信号，PLC控制器自动切断燃气调节阀。
7.据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步骤C具体为，待火焰正常燃烧后，若实际温度与设定温度之间存在温度差值，则温度控制PID回路输出温度给定值给流量控制PID回路，流量控制PID回路将温度给定值转换成热风流量给定值，并将热风流量给定值发送给位置控制PID回路，位置控制PID回路将热风流量给定值转换成热风调节阀给定值，根据热风调节阀给定值驱动热风调节阀的动作幅度，控制进风量大小。
8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步骤D具体为，若热风流量实际值与热风流量给定值之间存在差值，则流量控制PID回路将热风差值发送给位置控制PID回路，控制PID回路将热风差值转化为热风调节值，并驱动热风调节阀动作幅度，控制进风量大小，直至热风流量实际值达到热风流量给定值后，流量控制PID回路稳定输出，热风调节阀保持开度位置不变。
9.据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步骤E具体为，流量控制PID回路将温度给定值换算成热风流量给定值的同时，根据空燃比配置参数，将热风流量给定值按照设定的比例换算成燃气流量给定值，并将燃气流量给定值发送给位置控制PID回路，位置控制PID回路将燃气流量给定值转换成燃气调节阀给定值，根据燃气调节阀给定值驱动燃气调节阀的动作幅度，控制燃气量大小。
10.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步骤F具体为，若燃气流量实际值与燃气流量给定值之间存在差值，则流量控制PID回路将燃气差值发送给位置控制PID回路，控制PID回路将燃气差值转化为燃气调节值，并驱动燃气调节阀动作幅度，控制燃气量大小，直至燃气流量计检测燃气流量达到燃气流量给定值，实际空燃比达到设定的空燃比参数后，流量控制PID回路稳定输出，燃气调节阀保持开度位置不变，完成流量闭环控制。
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Application publication date: 20191011