專利名稱：加熱爐智能雙交叉限幅燃燒自動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于加熱爐燃燒控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種加熱爐智能雙交叉限幅燃燒自動控制方法，基于自學(xué)習(xí)和模糊控制相結(jié)合的加熱爐燃燒全自動控制。
背景技術(shù)：
加熱爐是軋線生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的重要組成部分，它承擔(dān)著為軋機(jī)提供合適溫度鋼坯的重要任務(wù)。由于加熱爐燃燒過程的復(fù)雜性、滯后性以及工藝設(shè)備的局限性，目前，加熱爐的全自動控制一直處于精度不高的狀態(tài)。鋼坯的溫度控制一直波動較大，氧化鐵皮的比例較大，且容易造成大氣污染。對于加熱爐燃燒這種大滯后控制系統(tǒng)，目前最常用的方法是采用PID調(diào)節(jié)器來控制，對于溫度的控制來說，該系統(tǒng)的相應(yīng)效果并不理想，對于其他的改進(jìn)方案包括斯密斯 (Smith, 0. J. Μ.)預(yù)估補償方案和大林(Dahlin，E.B.)控制算法等，對大滯后系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果有了一定程度的改善，可是由于這些算法需要較準(zhǔn)確地控制對象的特性方程來構(gòu)造補償環(huán)節(jié)或算式，給實際工程上應(yīng)用帶來很大的難度，實際效果并不理想。近年來模糊邏輯控制算法在工程上的應(yīng)用有了很快的發(fā)展。中國專利號 ZL94193047(發(fā)明名稱采用自動調(diào)節(jié)進(jìn)行模糊邏輯控制的方法和裝置)中論述了一種模糊控制的方法，它的核心思想是對至少一個過程變量進(jìn)行模糊化處理。但是在該發(fā)明中沒有溫度自學(xué)習(xí)功能，模糊處理效果欠佳，不能有效地提高加熱爐燃燒系統(tǒng)的響應(yīng)時間。唐樂平提出的步進(jìn)式加熱爐的雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)，是加熱爐的燃燒自動控制常用的方法，這種方法能基本滿足普通鋼坯的生產(chǎn)需要，但是其對溫度控制的精度不高， 波動大，系統(tǒng)的響應(yīng)時間慢。對于高規(guī)格、高質(zhì)量的鋼坯，很難滿足其生產(chǎn)精度和節(jié)奏的工藝要求。煤氣、空氣雙交叉限幅控制雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度的相對控制，能夠避免煤氣和空氣之間的流量出現(xiàn)單方面的突變。但是其控制精度小，溫度誤差大，并且系統(tǒng)的響應(yīng)時間慢，滿足不了熱軋生產(chǎn)的快節(jié)奏?？杖急鹊淖詫W(xué)習(xí)方法，通常是采用熱值來修正空燃比的大小，如果沒有熱值作為參考，也可以使用殘氧量來修正空燃比的大小。能實現(xiàn)對溫度控制的平穩(wěn)上升或下降，有效的利用了能源，但是改變不了溫度控制的響應(yīng)時間和控制精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種加熱爐智能雙交叉限幅燃燒自動控制方法，從解決燃燒過程的全自動控制入手，采用PI參數(shù)自學(xué)習(xí)和模糊溫度控制相結(jié)合的雙交叉限幅控制方法，實現(xiàn)加熱爐燃燒過程的全自動控制。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是可應(yīng)用于換熱式或蓄熱式加熱爐的智能雙交叉限幅燃燒過程的自動控制方法。本發(fā)明采用溫度自學(xué)習(xí)、模糊控制和PI參數(shù)自學(xué)習(xí)相結(jié)合，實現(xiàn)加熱爐燃燒過程的智能雙交叉限幅控制，有效的解決了加熱爐燃燒的控制精度問題，同時很好的滿足了熱軋的生產(chǎn)節(jié)奏。工藝步驟為1、安裝控制系統(tǒng)的硬件、軟件和現(xiàn)場設(shè)備本方法是以計算機(jī)編程終端和PLC設(shè)備為基礎(chǔ)，通過以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對加熱爐燃燒現(xiàn)場設(shè)備的有效控制，主要過程如下。(1)安裝控制系統(tǒng)安裝計算機(jī)編程終端操作系統(tǒng)和西門子編程軟件，在軟件中完成對PLC硬件的組態(tài)過程，并建立以太網(wǎng)連接。(2)組態(tài)控制軟件在控制柜中安裝西門子S7 400系列的PLC機(jī)架和相關(guān)模件等硬件設(shè)備，并且與(1)中所述的編程軟件中組態(tài)的PLC硬件的類型和版本一致。(3)組態(tài)系統(tǒng)的工藝流程畫面實相對現(xiàn)場設(shè)備的控制和狀態(tài)顯示等功能。(4)安裝現(xiàn)場設(shè)備包括現(xiàn)場的流量、壓力、溫度和調(diào)節(jié)閥等檢測設(shè)備，并與PLC柜的端子連接正確。(5)建立通訊網(wǎng)絡(luò)通過以太網(wǎng)協(xié)議，把編程軟件的計算機(jī)終端、PLC模件和現(xiàn)場設(shè)備連接為一個整體，從而完成對燃燒控制的硬件和軟件基礎(chǔ)。(6)進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備和軟件之間的通訊測試根據(jù)控制的要求，實現(xiàn)設(shè)備之間的通訊功能，完成對現(xiàn)場檢測信號、編程軟件與監(jiān)控流程畫面內(nèi)部地址之間的對應(yīng)關(guān)系。2、組態(tài)溫度自學(xué)習(xí)內(nèi)容包括自動修正空燃比和溫度趨勢的判斷、溫度變化率自學(xué)習(xí)、溫度分段自學(xué)習(xí)和模糊控制等過程，詳細(xì)步驟如下。(1)確定一個初始的空燃比根據(jù)加熱爐設(shè)計空燃比或者經(jīng)驗值來確定一個初始空燃比數(shù)值。(2)對空燃比進(jìn)行修正在燃燒過程中，對熱值進(jìn)行分段，分為高、正常和低三段， 并根據(jù)實際燃燒時的熱值和殘氧含量，自動修正已設(shè)定的空燃比，根據(jù)實際的生產(chǎn)情況，對于不同熱值，選擇出相應(yīng)的最優(yōu)值作為實際空燃比的設(shè)定值。(3)進(jìn)行溫度趨勢判斷根據(jù)爐膛溫度的變化過程和記錄，結(jié)合當(dāng)前爐膛溫度的過程值，對爐膛內(nèi)的溫度穩(wěn)定程度進(jìn)行判斷，并得出溫度的變化趨勢升高、保持或者降低三個趨勢。(4)對溫度結(jié)果進(jìn)行判斷根據(jù)加熱爐爐膛溫度的趨勢判斷以及爐膛內(nèi)的當(dāng)前溫度，結(jié)合煤氣的實際熱值的過程值，對爐膛溫度進(jìn)行自學(xué)習(xí)。根據(jù)設(shè)定溫度的過程值，利用模糊控制算法，對爐膛溫度進(jìn)行判斷，并得出當(dāng)前溫度的高高、高、正常、低和低低五個判斷結(jié)果。(5)對溫度變化率進(jìn)行判斷根據(jù)爐膛溫度的趨勢、熱值和殘氧量，得到溫度的變化率，并對溫度的變化率做出正大大、正大、正常、負(fù)大和負(fù)大大五個判斷結(jié)果。(6)列出模糊控制表根據(jù)爐膛溫度趨勢的五個結(jié)果和溫度變化率的五個結(jié)果， 得到溫度趨勢與溫度變化率關(guān)系的一個模糊控制列表。3、組態(tài)PI參數(shù)自學(xué)習(xí)內(nèi)容主要是根據(jù)煤氣流量、壓力和調(diào)節(jié)閥位，自動學(xué)習(xí)PI 參數(shù)以及調(diào)節(jié)閥的限幅過程。主要過程如下(1)確定煤氣控制器的上、下限對煤氣流量調(diào)節(jié)器人工設(shè)定一個煤氣流量值，根據(jù)煤氣流量設(shè)定實現(xiàn)燃燒控制過程；手動控制調(diào)節(jié)閥，并根據(jù)實際煤氣流量的變化結(jié)果來適時調(diào)整調(diào)節(jié)閥的上、下限值。(2)修正煤氣控制器的限制值逐步確定在不同熱值情況下，根據(jù)爐膛實際溫度上升或下降的實際情況，來修正調(diào)節(jié)閥允許動作的上限和下限值；在實際調(diào)試過程中煤氣、交叉限幅控制；空氣和煤氣流量之間的關(guān)系由實際空燃比確定。(3)確定煤氣控制器的PI參數(shù)記錄煤氣的流量、壓力和調(diào)節(jié)閥的閥位值，并結(jié)合實際情況來確定煤氣流量控制器的P、I參數(shù)。(4)確定空氣控制器的PI參數(shù)記錄空氣的流量、壓力和調(diào)節(jié)閥的閥位值，并結(jié)合實際情況來確定空氣流量控制器的P、I參數(shù)。(5)建立參數(shù)關(guān)系表分別建立煤氣或空氣P參數(shù)與流量、壓力和閥位的關(guān)系表； 分別建立煤氣或空氣I參數(shù)與流量、壓力和閥位的關(guān)系表。(6)組態(tài)學(xué)習(xí)過程對不同煤氣和空氣的流量值，結(jié)合溫度控制偏差的絕對值，根據(jù)實際的運行效果，選擇最優(yōu)參數(shù)作為燃燒時煤氣和空氣控制器的實際PI參數(shù)。4、組態(tài)流程畫面的控制內(nèi)容本方法結(jié)合雙交叉限幅控制原理，建立了智能雙交叉限幅控制方法，需要在監(jiān)控流程畫面中進(jìn)行以下幾個步驟(1)選擇控制的工作方式首先對交叉限幅控制進(jìn)行投入，控制效果穩(wěn)定一段時間后，投入溫度自學(xué)習(xí)模塊和PI參數(shù)自學(xué)習(xí)模塊；根據(jù)溫度自學(xué)習(xí)模塊的結(jié)果，得到控制系統(tǒng)的一個溫度趨勢和溫度變化率的列表，投入運行溫度自學(xué)習(xí)模塊。(2)選擇控制器的控制方式煤氣和空氣調(diào)節(jié)閥控制有流量控制和溫度控制兩種方式，選擇投入溫度控制模式，并且可以人工設(shè)定溫度值；(3)選擇溫度設(shè)定的方式溫度設(shè)定為可選項，包括一級設(shè)定和二級設(shè)定兩種方式。選擇一級系統(tǒng)設(shè)定，由操作人員人工輸入各段的溫度設(shè)定值；選擇二級系統(tǒng)設(shè)定，由二級系統(tǒng)自動設(shè)定各段的溫度設(shè)定值；(4)投入一級溫度設(shè)定首先投入一級溫度設(shè)定方式，要求在畫面中可以自由修改溫度的設(shè)定值；(5)確定上段和下段溫度設(shè)定的比例關(guān)系對于加熱爐的上段溫度和下段溫度的設(shè)定由一個比例關(guān)系確定，根據(jù)實際爐況和板坯類型的不同，可以進(jìn)行修改；(7)控制功能開始工作當(dāng)溫度的設(shè)定值和溫度的過程值產(chǎn)生的偏差超過系統(tǒng)設(shè)定的死區(qū)范圍時，調(diào)節(jié)閥開始工作。(8)選擇二級溫度設(shè)定的方式在一級控制方式投入后，該控制方法運行可靠，然后投入二級自動溫度控制，整個系統(tǒng)由二級自動設(shè)定溫度送至一級系統(tǒng)，并在一級系統(tǒng)中進(jìn)行燃燒自動調(diào)節(jié)，完成加熱爐的自動燃燒過程。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明是一套應(yīng)用于加熱爐燃燒過程的自動控制系統(tǒng)，以煤氣和空氣流量調(diào)節(jié)閥為控制對象，以爐膛內(nèi)的自學(xué)習(xí)溫度為基礎(chǔ)建立的一個模糊控制列表的閉環(huán)自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)爐膛溫度較快并平穩(wěn)地達(dá)到設(shè)定值為目標(biāo)的，結(jié)合以模糊控制與自尋優(yōu)控制相結(jié)合的自動燃燒控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)從解決燃燒過程的全自動控制入手，最終實現(xiàn)加熱爐燃燒過程的全自動控制。提高了加熱爐燃燒控制的精度，減少了系統(tǒng)的響應(yīng)時間，滿足了熱軋的軋制節(jié)奏。本系統(tǒng)始終關(guān)注加熱爐爐膛溫度的變化，并對溫度趨勢做出判斷，根據(jù)當(dāng)前爐膛溫度的實際情況，按照當(dāng)前的燃燒要求，精確地確定參與燃燒的煤氣流量和空氣流量的合理范圍，確定燃燒的合理配比，減少了鋼坯的氧化燒損。另外，系統(tǒng)采用脈沖驅(qū)動的控制策略，結(jié)合爐門動作和爐膛壓力的時間關(guān)系，精確、快速控制調(diào)節(jié)閥動作，穩(wěn)定了爐膛壓力。同時實現(xiàn)了對煤氣壓力和空氣壓力的快速、準(zhǔn)確控制。本發(fā)明方法在抓住解決燃燒過程的幾個關(guān)鍵問題的同時，重點解決燃燒過程的全自動控制，最大限度地避免人為干預(yù)，減輕操作人員的工作強度。


圖1為本發(fā)明具體實施方式
智能雙交叉限幅自動燃燒系統(tǒng)功能模塊關(guān)系圖。圖2為常規(guī)雙交叉限幅控制圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的一套應(yīng)用于加熱爐燃燒過程的全自動控制方法，采用空燃比自修正、溫度自學(xué)習(xí)、PI參數(shù)自學(xué)習(xí)和模糊控制相結(jié)合的雙交叉限幅控制方法，下面以一個具體的加熱爐為實施例詳細(xì)說明對其進(jìn)行自動燃燒控制的全過程。本實施例選用的加熱爐為 2160換熱、步進(jìn)、混合煤氣加熱式的加熱爐。該爐使用高焦混合煤氣作為燃料，其正常發(fā)熱值963010/1113，參考比例值2.33 1 (空氣量煤氣量)。該加熱爐共分6個供熱段，即第一加熱段上、第一加熱段下、第二加熱上、第二加熱下、均熱段上和均熱下。整個的控制方法的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，下面詳細(xì)說明整個實施過程的具體步驟。1、安裝并組態(tài)所需的控制硬件、軟件和以太網(wǎng)絡(luò)等。在實際實施時做了以下幾個方面的工作。(1)安裝計算機(jī)操作系統(tǒng)和控制軟件計算機(jī)采用研華工控機(jī)和微軟windows XP SP2操作系統(tǒng)，控制軟件采用西門子step 7 5. 4版本的編程軟件。(2)安裝PLC硬件控制設(shè)備本實施例采用了西門子step 7 5. 4版本的編程軟件相適應(yīng)的S7 400系列的西門子PLC控制設(shè)備。(3)設(shè)置PLC模件對PLC硬件進(jìn)行通道設(shè)置，選擇輸入、輸出的信號類型并做好標(biāo)記，在軟件組態(tài)中需要這些參數(shù)。(4)組態(tài)編程軟件在編程軟件的硬件設(shè)置里，選擇和PLC模件相對應(yīng)的設(shè)備，包括模件類型和版本等，同時組態(tài)好模件的參數(shù)，和上述(3)中所述一致。(5)組態(tài)系統(tǒng)的工藝流程畫面實相對現(xiàn)場設(shè)備的控制和狀態(tài)顯示等功能。(6)組態(tài)編程軟件的以太網(wǎng)設(shè)置以太網(wǎng)參數(shù)并選擇通訊模式，采用ISO通訊方式進(jìn)行通訊，檢測與PLC相連接的以太網(wǎng)線路。(7)信號校對在現(xiàn)場設(shè)備安裝完成后，通過編程軟件對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行校驗，完成對每個PLC模件的通道和軟件的內(nèi)部地址一一對應(yīng)關(guān)系的確認(rèn)。2、組態(tài)溫度自學(xué)習(xí)內(nèi)容包括自動修正空燃比和溫度趨勢的判斷、溫度變化率自學(xué)習(xí)、溫度分段自學(xué)習(xí)和模糊控制等過程，詳細(xì)步驟如下。(1)根據(jù)空燃比的設(shè)計空燃比或者經(jīng)驗值來確定一個初始空燃比數(shù)值，該加熱爐的設(shè)計空燃比為2. 33 1(空氣量煤氣量)。在本控制方法的實施中，要求空燃比的范圍為2. 28彡空燃比彡2. 40。( 在燃燒過程中，對熱值進(jìn)行分段，分為高、正常和低三段。對于高熱值選擇的空燃比范圍為2. 36彡空燃比彡2. 40 ；正常熱值選擇的范圍為2. 30彡空燃比< 2. 36 ；低熱值選擇的范圍為2. 28彡空燃比< 2. 30。(3)根據(jù)當(dāng)前煤氣的熱值和殘氧含量，對設(shè)定的空燃比進(jìn)行加權(quán)修正，并做出歷史記錄，用于空燃比設(shè)定自學(xué)習(xí)，對記錄的空燃比設(shè)定值進(jìn)行尋優(yōu)選擇。具體的辦法對熱值進(jìn)行分段，熱值偏差在設(shè)計值的士6%以內(nèi)為熱值正常，大于6%為熱值大，小于-6%為熱值??；根據(jù)實際的工作情況，判斷目前的工藝是否滿足空燃比自學(xué)習(xí)過程的條件，如果滿足條件，則分別在熱值正常、偏大或偏小時，按時間周期根據(jù)殘氧量對空燃比自動進(jìn)行不超過士0. 05范圍內(nèi)的修正。(4)根據(jù)爐膛溫度的歷史記錄，對溫度進(jìn)行采樣，包括60秒前、30秒前、10秒前的溫度和當(dāng)前溫度進(jìn)行加權(quán)處理，得到當(dāng)前溫度的變化趨勢。根據(jù)當(dāng)前煤氣熱值的大小和殘氧含量的大小，給出一個溫度修正的權(quán)重值，并對溫度進(jìn)行修正，得到溫度的變化率，并對溫度的變化率做出正大大、正大、正常、負(fù)大和負(fù)大大五個結(jié)果。(5)在本實施例中，對于每個加熱段，溫度的過程值與設(shè)定值的差值大于15°C為正大大，小于15°C大于；TC為正大，在士3°C之間為正常，小于-3°C為負(fù)大，大于-30C小于-15°C為負(fù)大大。(6)根據(jù)爐膛溫度的變化趨勢，對溫度的變化率進(jìn)行模糊化分段處理，對爐膛的溫度偏差進(jìn)行模糊化分段處理。根據(jù)爐膛溫度的趨勢判斷以及爐膛內(nèi)的當(dāng)前溫度，結(jié)合煤氣的實際熱值的大小，對爐膛溫度進(jìn)行自學(xué)習(xí)。根據(jù)設(shè)定溫度值，利用模糊控制算法，對爐膛溫度進(jìn)行判斷，得出溫度高高、高、正常、低和低低五個結(jié)果。(7)根據(jù)爐膛溫度趨勢的五個結(jié)果和溫度變化率的五個結(jié)果，得到溫度變化趨勢與溫度變化率之間關(guān)系的一個模糊控制列表。本加熱爐的模糊控制列表的詳細(xì)情況如下表 1所示。其中流量變化為限定范圍內(nèi)的百分比。
流量變化％溫度高正常低低低溫度 變化正大-6%-4%-2%-1%1%正小-5%-3%-1%0%2%0-3%-2%0%1%2.5%負(fù)小-2%0%1%2%4%負(fù)大-1%1%2%3%5%表1智能溫度模糊控制列表(8)根據(jù)模糊化規(guī)則列表，建立相應(yīng)的處理程序，對溫度控制器進(jìn)行輸入?yún)?shù)處理，激活溫度控制器的PID調(diào)節(jié)功能。3、組態(tài)PI參數(shù)自學(xué)習(xí)內(nèi)容主要是根據(jù)煤氣流量、壓力和調(diào)節(jié)閥位，自動學(xué)習(xí)PI 參數(shù)以及調(diào)節(jié)閥的限幅過程。(1)對煤氣調(diào)節(jié)器人工設(shè)定一個煤氣流量，根據(jù)流量設(shè)定實現(xiàn)燃燒控制過程；在實施時需要一個流量控制選擇器，選擇器是通過畫面的按鈕來實現(xiàn)的。(2)對于空氣控制器的流量設(shè)定，在對空燃比進(jìn)行修正后，根據(jù)空燃比自動設(shè)定空氣的流量設(shè)定值；
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(3)根據(jù)煤氣的流量、壓力與調(diào)節(jié)閥位置反饋，結(jié)合工藝特點確定煤氣控制器對調(diào)節(jié)閥位的上、下限。(4)根據(jù)工藝特點和對調(diào)節(jié)閥門的實際動作記錄，確定空氣流量、壓力與空氣控制器閥位的關(guān)系，對空氣調(diào)節(jié)閥的上、下限進(jìn)行限制。(5)點火完成后，根據(jù)工藝特點和實際工作情況確定煤氣和空氣調(diào)節(jié)閥閥位的上、 下限值，手動控制調(diào)節(jié)閥，并根據(jù)實際情況適時調(diào)整調(diào)節(jié)閥的上下限值。本實施例中，第一加熱段上限為75%，下限為20%;第二加熱段上限為65%，下限為15%;均熱段上限為 50%，下限為8% ；(6)確定煤氣控制器的PI參數(shù)記錄煤氣的流量、壓力和調(diào)節(jié)閥的閥位值，通過煤氣的壓力對煤氣流量的過程值進(jìn)行修正，記錄煤氣流量的修正值和調(diào)節(jié)閥的閥位對應(yīng)值， 得出調(diào)節(jié)快、正常和慢三種結(jié)果，并且對應(yīng)三組PI參數(shù)值。(7)確定空氣控制器的PI參數(shù)記錄空氣的流量、壓力和調(diào)節(jié)閥的閥位值，通過空氣的壓力對空氣流量的過程值進(jìn)行修正，記錄空氣流量的修正值和調(diào)節(jié)閥的閥位對應(yīng)值， 得出調(diào)節(jié)快、正常和慢三種結(jié)果，并且對應(yīng)三組PI參數(shù)值。(8)把煤氣流量的修正值對應(yīng)的PI參數(shù)值作為煤氣控制器的最初參數(shù)。把空氣流量的修正值對應(yīng)的PI參數(shù)值作為空氣控制器的最初參數(shù)。(9)根據(jù)調(diào)節(jié)閥的特性和工藝要求，結(jié)合具體的煤氣流量、壓力和調(diào)節(jié)閥的閥位情況，對PI參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)定，建立一個具體的流量、壓力和閥位與PI參數(shù)之間的交叉關(guān)系表。(10)根據(jù)一定時間控制器的運行運行效果，對爐膛的溫度和PI參數(shù)進(jìn)行記錄， 根據(jù)工藝要求，參考爐膛溫度的設(shè)定值和過程值之間的差值，組態(tài)相應(yīng)的PI參數(shù)自學(xué)習(xí)程序，對(7)、(8)中提到的三組PI參數(shù)進(jìn)行一定范圍內(nèi)的優(yōu)化，并對關(guān)系表和實際的調(diào)節(jié)結(jié)果進(jìn)行記錄，取設(shè)定值和過程值之差絕對值最小時的PI參數(shù)為優(yōu)化參數(shù)。4、組態(tài)畫面流程的控制內(nèi)容本方法結(jié)合雙交叉限幅控制原理，建立了智能雙交叉限幅控制方法，需要在控制畫面中進(jìn)行以下幾個方面的控制(1)選擇控制方式有一個選擇按鈕用來實現(xiàn)常規(guī)控制方式和智能控制方式之間的切換。在常規(guī)雙交叉限幅控制時，基本沒有過燒或欠燒現(xiàn)象出現(xiàn)。同時有一個溫度/流量切換控制方式的按鈕；并對該系統(tǒng)的PI參數(shù)進(jìn)行修改、調(diào)試，引入對煤氣流量和空氣流量調(diào)節(jié)器的PI參數(shù)值。(2)雙交叉限幅控制過程引入雙交叉限幅控制器對煤氣控制器和空氣控制器進(jìn)行激活。啟動流量控制器工作。具體的雙交叉限幅控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示；(3)選擇控制器的控制方式利用溫度/流量切換按鈕改變控制方式，煤氣、空氣控制器有流量和溫度控制兩種模式，選擇流量調(diào)節(jié)模式，實現(xiàn)基本的升溫或降溫動作，同時檢查設(shè)備和程序的運行結(jié)果；選擇投入溫度控制模式，并人工設(shè)定溫度值；煤氣流量調(diào)節(jié)閥控制方式投入為溫度控制模式，并且人工設(shè)定各加熱段的溫度值；(4)實現(xiàn)溫度設(shè)定選擇溫度設(shè)定為可選項，包括一級設(shè)定和二級設(shè)定兩種方式， 通過畫面按鈕來實現(xiàn)。選擇一級系統(tǒng)設(shè)定，由操作人員人工輸入各段的溫度設(shè)定值；選擇二級系統(tǒng)設(shè)定，由二級系統(tǒng)自動設(shè)定各段的溫度設(shè)定值；首先投入一級溫度設(shè)定方式，在畫面中可以自由修改溫度的設(shè)定值。
(5)確定溫度的過程值對于溫度的過程值，在畫面中有一個溫度選擇開關(guān)，可以選擇同一段的任意一個溫度或者該段溫度的平均值作為溫度的過程值。(6)確定溫度的設(shè)定值對于加熱爐的同一段的溫度設(shè)定，在畫面中有上段溫度的設(shè)定窗口，下段溫度的設(shè)定由一個比例關(guān)系確定，該比例關(guān)系可以在畫面中自由修改；在畫面中有一個比例關(guān)系的修改窗口。該比例關(guān)系可以修改，但有一個限定的范圍，本實施例中限定為0. 96彡比例值彡1. 1。(7) 一鍵式溫度設(shè)定創(chuàng)建畫面窗口，對各個燃燒段進(jìn)行一鍵式設(shè)定，在窗口中有六個選擇模式，根據(jù)不同的鋼種，可以有六種對各個燃燒段的不同設(shè)定溫度，只需要用鼠標(biāo)單擊相應(yīng)的按鈕來選擇一個模式。(8)根據(jù)實際的生產(chǎn)情況和閥門動作的狀態(tài)反饋，結(jié)合工藝重新對調(diào)節(jié)閥的開度限制的效果進(jìn)行檢驗，如有必要可以進(jìn)行必要的修改，進(jìn)行微調(diào)煤氣和空氣控制器開度的上限和下限值。(9)選擇智能控制方式在畫面中切換控制方式選擇按鈕，選用智能控制方式，采用以爐膛溫度為反饋的智能雙交叉限幅控制方法，投入溫度自學(xué)習(xí)模塊和PI參數(shù)自學(xué)習(xí)模塊；引入溫度自學(xué)習(xí)模塊的溫度變化列表對溫度控制器進(jìn)行參數(shù)輸入。(10)選擇空燃比自動優(yōu)化在畫面上有一個按鈕，對空燃比可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)定或人工設(shè)定的模式切換，選擇優(yōu)化設(shè)定，引入上文所述的優(yōu)化空燃比設(shè)定值。(11)調(diào)節(jié)閥工作上述過程有效地應(yīng)用了智能雙交叉限幅自動控制方法，啟動了加熱爐智能控制來實現(xiàn)整個燃燒過程。當(dāng)溫度的設(shè)定值和溫度的過程值產(chǎn)生的偏差超過系統(tǒng)設(shè)定的死區(qū)范圍時，調(diào)節(jié)閥開始動作。一級設(shè)定溫度的方式工作穩(wěn)定，并且各個參數(shù)設(shè)置正常，能夠滿足生產(chǎn)的要求時，可以投入二級溫度控制。(12)選擇二級控制一級和二級之間的通訊通過以太網(wǎng)來實現(xiàn)，在畫面中切換控制按鈕，可以投入二級自動溫度控制，整個系統(tǒng)由二級自動設(shè)定溫度，并送至一級控制系統(tǒng)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，完成加熱爐的燃燒過程?；趯ο到y(tǒng)整個燃燒過程的全面地分析，在實際燃燒過程中，對燃燒系統(tǒng)的所有相應(yīng)的過程都有自動修正過程，使得系統(tǒng)對燃燒過程的控制得以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1. 一種加熱爐智能雙交叉限幅燃燒自動控制方法，其特征在于工藝步驟為(1)安裝控制系統(tǒng)的硬件、軟件和現(xiàn)場設(shè)備以計算機(jī)編程終端和PLC設(shè)備為基礎(chǔ)，通過以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對加熱爐燃燒現(xiàn)場設(shè)備的有效控制，過程如下1)安裝控制系統(tǒng)安裝計算機(jī)編程終端操作系統(tǒng)和西門子編程軟件，在軟件中完成對 PLC硬件的組態(tài)過程，并建立以太網(wǎng)連接；2)組態(tài)控制軟件在控制柜中安裝西門子S7400系列的PLC機(jī)架和相關(guān)模件等硬件設(shè)備，并且與步驟1)中所述的編程軟件中組態(tài)的PLC硬件的類型和版本一致；3)組態(tài)系統(tǒng)的工藝流程畫面實相對現(xiàn)場設(shè)備的控制和狀態(tài)顯示等功能；4)安裝現(xiàn)場設(shè)備包括現(xiàn)場的流量、壓力、溫度和調(diào)節(jié)閥，并與PLC柜的端子連接正確；5)建立通訊網(wǎng)絡(luò)通過以太網(wǎng)協(xié)議，把編程軟件的計算機(jī)終端、PLC模件和現(xiàn)場設(shè)備連接為一個整體，從而完成對燃燒控制的硬件和軟件基礎(chǔ)；6)進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備和軟件之間的通訊測試根據(jù)控制的要求，實現(xiàn)設(shè)備之間的通訊功能，完成對現(xiàn)場檢測信號、編程軟件與監(jiān)控流程畫面內(nèi)部地址之間的對應(yīng)關(guān)系；(2)組態(tài)溫度自學(xué)習(xí)內(nèi)容包括自動修正空燃比和溫度趨勢的判斷、溫度變化率自學(xué)習(xí)、溫度分段自學(xué)習(xí)和模糊控制等過程，步驟如下1)確定一個初始的空燃比根據(jù)加熱爐設(shè)計空燃比或者經(jīng)驗值來確定一個初始空燃比數(shù)值；2)對空燃比進(jìn)行修正在燃燒過程中，對熱值進(jìn)行分段，分為高、正常和低三段，并根據(jù)實際燃燒時的熱值和殘氧含量，自動修正已設(shè)定的空燃比，根據(jù)實際的生產(chǎn)情況，對于不同熱值，選擇出相應(yīng)的最優(yōu)值作為實際空燃比的設(shè)定值；3)進(jìn)行溫度趨勢判斷根據(jù)爐膛溫度的變化過程和記錄，結(jié)合當(dāng)前爐膛溫度的過程值，對爐膛內(nèi)的溫度穩(wěn)定程度進(jìn)行判斷，并得出溫度的變化趨勢升高、保持或者降低三個趨勢；4)對溫度結(jié)果進(jìn)行判斷根據(jù)加熱爐爐膛溫度的趨勢判斷以及爐膛內(nèi)的當(dāng)前溫度，結(jié)合煤氣的實際熱值的過程值，對爐膛溫度進(jìn)行自學(xué)習(xí)。根據(jù)設(shè)定溫度的過程值，利用模糊控制算法，對爐膛溫度進(jìn)行判斷，并得出當(dāng)前溫度的高高、高、正常、低和低低五個判斷結(jié)果；5)對溫度變化率進(jìn)行判斷根據(jù)爐膛溫度的趨勢、熱值和殘氧量，得到溫度的變化率， 并對溫度的變化率做出正大大、正大、正常、負(fù)大和負(fù)大大五個判斷結(jié)果；6)列出模糊控制表根據(jù)爐膛溫度趨勢的五個結(jié)果和溫度變化率的五個結(jié)果，得到溫度趨勢與溫度變化率關(guān)系的一個模糊控制列表；(3)組態(tài)PI參數(shù)自學(xué)習(xí)內(nèi)容根據(jù)煤氣流量、壓力和調(diào)節(jié)閥位，自動學(xué)習(xí)PI參數(shù)以及調(diào)節(jié)閥的限幅過程；過程如下1)確定煤氣控制器的上、下限對煤氣流量調(diào)節(jié)器人工設(shè)定一個煤氣流量值，根據(jù)煤氣流量設(shè)定實現(xiàn)燃燒控制過程；手動控制調(diào)節(jié)閥，并根據(jù)實際煤氣流量的變化結(jié)果來適時調(diào)整調(diào)節(jié)閥的上、下限值；2)修正煤氣控制器的限制值逐步確定在不同熱值情況下，根據(jù)爐膛實際溫度上升或下降的實際情況，來修正調(diào)節(jié)閥允許動作的上限和下限值；在實際調(diào)試過程中煤氣、空氣流量采用雙交叉限幅控制；空氣和煤氣流量之間的關(guān)系由實際空燃比確定；3)確定煤氣控制器的PI參數(shù)記錄煤氣的流量、壓力和調(diào)節(jié)閥的閥位值，并結(jié)合實際情況來確定煤氣流量控制器的P、I參數(shù)；4)確定空氣控制器的PI參數(shù)記錄空氣的流量、壓力和調(diào)節(jié)閥的閥位值，并結(jié)合實際情況來確定空氣流量控制器的P、I參數(shù)；5)建立參數(shù)關(guān)系表分別建立煤氣或空氣P參數(shù)與流量、壓力和閥位的關(guān)系表；分別建立煤氣或空氣I參數(shù)與流量、壓力和閥位的關(guān)系表；6)組態(tài)學(xué)習(xí)過程對不同煤氣和空氣的流量值，結(jié)合溫度控制偏差的絕對值，根據(jù)實際的運行效果，選擇最優(yōu)參數(shù)作為燃燒時煤氣和空氣控制器的實際PI參數(shù)；(4)組態(tài)流程畫面的控制內(nèi)容結(jié)合雙交叉限幅控制原理，建立了智能雙交叉限幅控制方法，需要在監(jiān)控流程畫面中進(jìn)行以下幾個步驟1)選擇控制的工作方式首先對交叉限幅控制進(jìn)行投入，控制效果穩(wěn)定一段時間后， 投入溫度自學(xué)習(xí)模塊和PI參數(shù)自學(xué)習(xí)模塊；根據(jù)溫度自學(xué)習(xí)模塊的結(jié)果，得到控制系統(tǒng)的一個溫度趨勢和溫度變化率的列表，投入運行溫度自學(xué)習(xí)模塊；2)選擇控制器的控制方式煤氣和空氣調(diào)節(jié)閥控制有流量控制和溫度控制兩種方式， 選擇投入溫度控制模式，并且可以人工設(shè)定溫度值；3)選擇溫度設(shè)定的方式溫度設(shè)定為可選項，包括一級設(shè)定和二級設(shè)定兩種方式。選擇一級系統(tǒng)設(shè)定，由操作人員人工輸入各段的溫度設(shè)定值；選擇二級系統(tǒng)設(shè)定，由二級系統(tǒng)自動設(shè)定各段的溫度設(shè)定值；4)投入一級溫度設(shè)定首先投入一級溫度設(shè)定方式，要求在畫面中可以自由修改溫度的設(shè)定值；5)確定上段和下段溫度設(shè)定的比例關(guān)系對于加熱爐的上段溫度和下段溫度的設(shè)定由一個比例關(guān)系確定，根據(jù)實際爐況和板坯類型的不同，可以進(jìn)行修改；7)控制功能開始工作當(dāng)溫度的設(shè)定值和溫度的過程值產(chǎn)生的偏差超過系統(tǒng)設(shè)定的死區(qū)范圍時，調(diào)節(jié)閥開始工作；8)選擇二級溫度設(shè)定的方式在一級控制方式投入后，該控制方法運行可靠，然后投入二級自動溫度控制，整個系統(tǒng)由二級自動設(shè)定溫度送至一級系統(tǒng)，并在一級系統(tǒng)中進(jìn)行燃燒自動調(diào)節(jié)，完成加熱爐的自動燃燒過程。
全文摘要
一種加熱爐智能雙交叉限幅燃燒自動控制方法，屬于加熱爐燃燒控制技術(shù)領(lǐng)域。采用溫度自學(xué)習(xí)、模糊控制和PI參數(shù)自學(xué)習(xí)相結(jié)合，實現(xiàn)加熱爐燃燒過程的智能雙交叉限幅控制，有效的解決了加熱爐燃燒的控制精度問題，同時很好的滿足了熱軋的生產(chǎn)節(jié)奏。優(yōu)點在于，實現(xiàn)對煤氣和空氣流量的合理、準(zhǔn)確和快速的調(diào)節(jié)和控制，有效地利用了調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)對加熱爐爐膛溫度的合理、精準(zhǔn)控制。
文檔編號F23N1/02GK102364252SQ20111035997
公開日2012年2月29日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者劉志民, 彭衛(wèi)革, 王艷凱, 鄭州 申請人:北京首鋼自動化信息技術(shù)有限公司