專利名稱：脈沖式爐窯溫度動態(tài)控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明具體涉及一種爐窯溫度動態(tài)開關控制方法，主要應用于脈沖式爐窯溫度自動控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
爐窯溫度控制系統(tǒng)是一個大的滯后環(huán)節(jié)，溫度采集一般采用熱電偶或熱電阻等傳感器進行采集，其控制大多是由空氣蝶閥、煤氣蝶閥、煙道蝶閥或空氣關斷閥、煤氣關斷閥等進行溫度的控制，在以脈沖方式控制的爐窯溫度控制系統(tǒng)中使用的是高速燒嘴，采用切斷閥切斷或打開燃氣、空氣的控制方式對燃氣、空氣進行控制，需溫度上升時空氣閥、燃氣閥打開燒嘴燃燒升溫，需溫度下降時燃氣閥、空氣閥關斷燒嘴熄滅降溫。爐窯作為一個大的溫度受控制容器，其影響溫度的因素有很多，如爐壓、空氣流量、空氣預熱溫度、空氣壓力、燃氣流量、燃氣預熱溫度、燃氣壓力、排煙情況等，上述因素最主要的還是空氣與燃氣的控制?？諝庖话愣际沁M風采用鼓風機，排煙采用煙 或排煙風機相對穩(wěn)定性要比燃氣好，而燃氣由于輸送管道或設備上的一些因素壓力波動大、熱值波動大，這樣采用傳統(tǒng)的PID控制時常常用變動空燃比或改變增益等措施進行爐溫度的控制， 由于一些因素難以確定，所以溫度精度很難掌握，在實際工作中需熱處理或加熱鋼板中一些工藝常常要求控制精度達±5°C或更高的控制精度，這樣就對爐溫控制提出很高的要求， 太鋼不銹熱軋廠以前的機械式熱處理爐爐溫控制很難達對到上述要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供爐溫控制精度更高的爐窯溫度動態(tài)開關控制法。本發(fā)明的技術(shù)方案由兩部分組成其一是控制設施和測量設施控制設施包括燃氣閥、空氣閥、帶有點火器的燒嘴、測量設施為測量爐窯窯溫的熱電偶，其二是控制方法。控制方法包括下述步驟
(1)、在計算機中設定一個虛擬值為爐窯溫度設定值、設定一個虛擬值為上調(diào)溫度差值、設定一個虛擬值為下調(diào)溫度差值；
(2)、通過熱電偶先采樣測量一次爐窯溫度，經(jīng)某時段中2 4秒再采樣測量一次爐窯溫度，其兩點溫度進行比較值，得出溫度趨勢，后一點溫度大于前一點溫度是上升趨勢，否則是下降趨勢；
(3)、計算機對實際測量溫度與爐窯溫度設定值進行比較獲得比較值，計算出溫度差
值；
(4)、溫度差值小于等于上調(diào)溫度差值且其溫度趨勢為下降趨勢，計算機控制打開燃氣閥、空氣閥、帶有點火器的燒嘴；溫度差值大于等于下調(diào)溫度差值且溫度趨勢為上升趨勢， 計算機控制關閉燃氣閥、空氣閥、帶有點火器的燒嘴。上述步驟中包括反饋信號、控制信號，其中反饋信號有2個分別為1、溫度趨勢信號TR_T ;2、溫度偏差信號AT ;控制信號有3個，分別為1、溫度置位信號S_T ;2、溫度復位信號R_T ； 3、溫度偏差調(diào)節(jié)信號ADJ_T ；
4所述溫度趨勢信號，即反饋溫度上下變化的趨勢。如果實際溫度上升就認為是1，反之下降或者溫度不變就認為是O。利用定時器進行這方面的工作，例如在一定時間內(nèi)取反饋溫度信號做前后比較，如采樣時為一秒或二秒或更長時間根據(jù)工藝情況來定，先把采樣溫度信號放入一存儲區(qū)，再經(jīng)達一段時間以后，再把第二次的采樣溫度與第一次已放入存儲區(qū)的溫度信號進行比較大小，這樣就可判斷出溫度的上升或下降趨勢。所述溫度偏差信號，指的是實際反饋溫度與設定溫度的差信號。如設定溫度為 1050°C,實際溫度信號為1000°C我們就認為溫度偏差信號為-50°C,或?qū)嶋H反饋溫度為 1070°C時我們就認為溫度偏差信號為20°C。所述控制信號包括溫度置位信號、溫度復位信號、溫度偏差調(diào)節(jié)信號。下面對各信號進行詳細解釋
I、溫度置位信號，該信號用于脈沖式燒嘴控制系統(tǒng)中的燃氣閥、空氣閥打開控制。脈沖式燒嘴控制采用開關控制方法，只有兩種控制，或開閥點火或關閥熄火，即打開空氣閥、燃氣閥燒嘴點火溫度上升，或關燃氣閥、空氣閥燒嘴熄火溫度下降。當溫度置位號發(fā)出時通過驅(qū)動裝置驅(qū)動點火裝置，驅(qū)動空氣閥、燃氣閥打開，燒嘴點燃，爐窯溫度上升。2、溫度復位信號，當溫度復位信號發(fā)出時燃氣閥關閉、空氣閥關閉燒嘴，燒嘴熄滅，爐窯溫度下降。3、溫度偏差調(diào)節(jié)信號，按照一定溫度偏差控制范圍進行燃氣閥、空氣開斷的控制信號。在工業(yè)燃氣爐窯脈沖式溫度控制系統(tǒng)中在調(diào)好空燃比之后，對空氣閥、燃氣閥采用開斷式的控制方法進行爐溫的控制，即當溫度需上升時通過控制系統(tǒng)打開點火裝置，空氣閥打開、燃氣閥打開，燒嘴開始點燃，當燃氣點燃之后，點火裝置動作關閉。當溫度需下降時燃氣閥切斷、空氣閥切斷，燒嘴開始熄滅。通過控制空氣閥、燃氣閥開閉的頻率或時間控制把溫度控制在一定精度范圍內(nèi)。爐窯溫度控制用溫度趨勢信號、溫度差信號、溫度偏差下調(diào)節(jié)信號、溫度偏差上調(diào)節(jié)信號、溫度置位信號、溫度復位信號這六種信號進行有效控制。方法如下在實際溫度控制中實際反饋溫度的控制最終要與設定溫度趨于一致， 把其控制在一定精度之內(nèi)。如設定溫度為1000°c，實際溫度為1030度，這時的溫度差為+30°C，實際溫度高于設定溫度，需降溫。如果實際反饋溫度為990°C，那么溫度差就是-10°C，這時就需要升溫。溫度差信號用八1'表示，如實際溫度大于設定溫度301，那么溫度差為+301，如實際溫度小于設定溫度10°c，那么溫度差為-10°c。溫度上升趨勢信號用TR_T表示，先后米樣某一時間段的兩點溫度，后點米樣溫度大于先點米樣溫度，表不溫度趨勢上升，它是一個開關量，即這時TR_T表示1，反之，溫度趨勢下降這時TR_1表示O。溫度偏差調(diào)節(jié)信號ADJ_T又分別用上調(diào)溫度差值與下調(diào)溫度差值表示。上調(diào)溫度差值信號用ADJ_U_T表示，用以表示在當實際溫度〈溫度上調(diào)節(jié)量時溫度開始上調(diào)。下調(diào)溫度差值信號用ADJ_D_T表示，用以表示在當實際溫度 > 溫度下調(diào)節(jié)量時溫度開始下調(diào)。置位信號我們用S_T表不；復位信號用R_T表不。
溫度趨勢信號——TR_T ;溫度偏差信號——Δ T ；
置位信號——S_T ;復位信號——R_T ;上調(diào)溫度差值信號——ADJ_U_T ;下調(diào)溫度差值信號一ADJ_D_T ；
R_T = TR_T* ( ΔΤ>= ADJ_D_T)式 I
解釋如下式I中ADJ_D_T為溫度偏差下調(diào)節(jié)信號，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整，ΔΤ 為溫度差信號，也就是實際溫度與設定溫度的差值，TR_T為溫度趨勢信號，R_T為復位信號。11 _1'與(八1'>= AD J_D_T)是乘或與的關系，也就是說當溫度差Λ T大于等于溫度偏差上調(diào)節(jié)量ADJ_D_T且溫度是上升趨勢即丨T為I時燃氣閥復位，這時關閉燃氣閥和空氣閥， 燒嘴熄滅，爐溫開始降溫。式I中右邊兩個條件都必須同時滿足，若有一個條件不滿足燃氣閥繼續(xù)維持原燃燒狀態(tài)不動作。如我們可以設ADJ_D_T =-2°C那么當AT >=-2°C且TR_T 為I時，即溫度是上升趨勢時，燃氣閥復位關閉，開始降溫。TR_T為下降趨勢或AT〈=-2°C 時其結(jié)果為零即R_T為0，燃氣閥維持原打開燃燒狀態(tài)不動作。S_T= !TR_T* (ΔΤ<= ADJ_U_T)式 2
解釋如下式2中ADJ_U_T為溫度偏差上調(diào)節(jié)信號，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整，Δ T 為溫度差信號，也就是實際溫度與設定溫度的差值，！ TR_TS溫度趨勢信號的非信號即溫度趨勢信號取反，如當溫度趨勢信號TR_T為I時！TR_T為0，TR_T為O時！TR_T為1，S_T 為置位信號。！TR_T與(△ T〈 ADJ_U_T)是乘或與的關系，也就是說當溫度差Λ T小于溫度偏差上調(diào)節(jié)量ADJ_D_T且溫度是下降趨勢即！TR_T為I或TR_T為O時燃氣閥置位，這時打開空氣閥、燃氣閥，點火裝置動作，燒嘴燃燒，爐溫開始升溫。在式2中右邊兩個條件下降趨勢為I、ΔΤ<= ADJ_U_T必須同時滿足，若有一個條件不滿足燃氣閥、空氣閥繼續(xù)維持原關閉、燒嘴維護原熄滅狀態(tài)不動作。如我們可以設ADJ_U_T =2°C那么當AT <2°C且！TR_TS O時，即溫度是下降趨勢時，點火裝置動作，空氣閥打開，燃氣閥打開，點火裝置動作，燒嘴燃燒，爐溫開始升溫。本發(fā)明實施方便快捷、控制參數(shù)少、掌握容易、經(jīng)濟實用、爐溫控制精度大幅提高。 本發(fā)明不僅適應普通鋼板控制質(zhì)量的提高，同時可以滿足一些對爐溫控制求要特別嚴的特種鋼種的工藝要求。
本發(fā)明已運用于太鋼不銹熱軋廠機械式熱處理爐爐溫計算機控制系統(tǒng)、投入試運行一年多來控制技術(shù)發(fā)揮穩(wěn)定，機械式退火爐溫度控制精度達±3°C，計算機控制系統(tǒng)設備運行一直良好，實踐證明該方法非常值得在工業(yè)計算機自動控制系統(tǒng)中廣泛推廣。


圖I是本發(fā)明實施例的控制示意圖。圖中，計算機輸出控制DO板輸出數(shù)字開關量Q46. 0、Q46. I至Q47. 7其按照計算機的指令輸出I、或輸出O。圖中R為燃氣管道；K為空氣管道；D0至D15表示開關閥驅(qū)動放大器，具備點火功能，驅(qū)動開關閥打開或關閉功能，用于驅(qū)動燃氣的點火、驅(qū)動燃氣開關閥、空氣開關閥的關閉和打開；S1、S3、S5至S15表示燃氣開關閥、S2、S4、S6至S16表示空氣開關閥；N1、N2至N8 表示高速燒嘴。我們看燒嘴NI的動作過程情況，當計算機發(fā)出置位指令S時Q46. 0、Q46. I 輸出I指令，Q46. 0、Q46. I輸出的高電平信號驅(qū)動開關閥驅(qū)動放大器SI、S2，這時在開關驅(qū)動放大器中發(fā)出點火指令，然后打開空氣開關閥、打開燃氣開關閥，燒嘴NI開始燃燒，溫度開始上升。反之當計算機發(fā)出復位指令R時，Q46.0、Q46. I輸出低電平指令，驅(qū)動放大器關閉燃氣開關閥、空氣關閥，燃氣熄滅，NI燒嘴熄滅，開始降溫。N2至NS燒嘴過程與此相同不再贅述。
具體實施例方式本發(fā)明的非限定實施例如下
實施例圖I所示，在不銹熱軋廠機械脈沖式退火爐爐溫控制系統(tǒng)中，爐溫控制是采用開關閥進行爐溫控制的，也就是事先把空燃比調(diào)好，當溫度超出一定范圍時通過計算機處理按照一定控制方式對燃氣閥、空氣閥進行打開、關斷的操作，屬于脈沖控制。R_T = TR_T* ( ΔΤ>= ADJ_D_T)式 I S_T= !TR_T* ( ΔΤ<= ADJ_U_T) 式 2
式1，可事先設好溫度偏差下調(diào)節(jié)信號ADJ_D_T，設ADJ_D_T =-3°C ,那么當溫度上升， 即TR_T=1，且溫度偏差信號AT大于-3°C時，例如溫度設定為1000度，實際上溫度為998 度，溫度差AT為-2°C大于_3°C，且溫度呈上升趨勢，這樣就進行復位操作即關掉燃氣閥、 空氣閥、燒嘴熄滅，開始降溫操作。同理在式2中，在溫度呈下降趨勢，當溫度偏差信號AT 小于等于溫度偏差下調(diào)節(jié)信號ADJ_D_T時，如我們可設ADJ_D_T =3°C，這樣當設定溫度為 1000度，實際溫度降至1003度以下時，溫度差AT小于TC，就進行置位操作即打開空氣閥、燃氣閥，點火動作，燒嘴開始燃燒，開始升溫操作，這樣就可以開關閥控制下，把爐窯溫度控制在很高的精度。上述過程在不銹熱軋廠機械退火爐溫度自動控制中采用計算機PLC進行自動控制，用語名表(也可用其它程序形式如邏輯圖或方框圖)進行編程下載到CPU中，當置位時， 計算機通過DO輸出口輸出一電壓信號，該電壓信號驅(qū)動空氣閥、燃氣閥、點火裝置，當點火裝置、空氣閥、燃氣閥得到電壓信號后點火裝置動作，空氣閥、燃氣閥打開，燒嘴開始燃燒。 當復位時，計算機輸出低電平電壓信號，燃氣閥、空氣閥關閉，燒嘴開始熄滅。計算機控制部分程序段如下
程序段I
A JC L T
N002: AN L
SF A(
L L
>R
7
T N N002 DB2. DBD MD 254
104
S5T#NS
DB2. DBD 104 MD 254
280.
反饋溫度臨時存儲溫度解釋在第I行至第4行程序中，利用定時器TN進行定時采樣溫度，時間為N秒，可根據(jù)現(xiàn)場實際確定，每隔一段時間N秒采樣一次溫度，DB2. DBD104放置的是實時反饋溫度，采完以后溫度放置在MD254中，即MD254中放置的是按照一定時間采樣的溫度信號。從第7 行至第10行的程序中DB2.DBD104與MD254進行比較。比較的結(jié)果放置在M280. I中。即 M 280. I放置的是溫度反饋信號與上次采樣已放置在MD254中溫度的比效結(jié)果，當反饋溫度大于上次存儲溫度時M280. I為1，說明溫度是在上升趨勢，當反饋溫度小于或等于上次存儲溫度時M280. I為0，說明溫度是在下降趨勢或不變趨勢，M280. I相當于式I或式2中的 TR_T。程序段2
權(quán)利要求
1.脈沖式爐窯溫度動態(tài)控制方法，包括燃氣閥、空氣閥、帶有點火器的燒嘴、測量爐窯 窯溫的熱電偶，其特征包括下述步驟(1)、在計算機中設定一個虛擬值為爐窯溫度設定值、設定一個虛擬值為上調(diào)溫度差 值、設定一個虛擬值為下調(diào)溫度差值；(2)、通過熱電偶先采樣測量一次爐窯溫度，經(jīng)某時段2 4秒再采樣測量一次爐窯溫 度，其兩點溫度進行比較，得出溫度趨勢，后采樣點溫度大于前采樣點溫度是上升趨勢，否 則是下降趨勢；(3)、計算機對實際測量溫度與爐窯溫度設定值進行比較獲得比較值，計算出溫度差值；(4)、溫度差值小于等于上調(diào)溫度差值且溫度趨勢為下降趨勢，計算機控制打開燃氣 閥、空氣閥、帶有點火器的燒嘴；溫度差值大于等于下調(diào)溫度差值且溫度趨勢為上升趨勢， 計算機控制關閉燃氣閥、空氣閥、帶有點火器的燒嘴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖式爐窯溫度動態(tài)控制方法，其特征是所述的步驟(4)計 算機控制程序段為程序段1 :A T N JC N002L DB2.DBD 104//反饋溫度T MD 254II臨時存儲溫度N002: AN T N L S5T#NS SF T NA(L DB2. DBD 104 L MD 254 >R )= M 280. 1在第1行至第4行程序中，利用定時器TN進行定時采樣溫度，時間為N秒，每隔一段 時間N秒采樣一次溫度，DB2.DBD104放置的是實時反饋溫度，采完以后溫度放置在MD254 中，即MD254中放置的是按照一定時間采樣的溫度信號；從第7行至第10行的程序中DB2. DBD104與MD254進行比較；比較的結(jié)果放置在M280. 1中；即M 280. 1放置的是溫度反饋信 號與上次采樣已放置在MD254中溫度的比效結(jié)果，當反饋溫度大于上次存儲溫度時M280. 1 為1，說明溫度是在上升趨勢，當反饋溫度小于或等于上次存儲溫度時M280. 1為0，說明溫 度是在下降趨勢或不變趨勢；程序段2 L MD100 L DB2. DBD100程序中，MD100放置的是設定溫度，DB2. DBD100放置的是反饋溫度，MD92放置的為兩者的差，即實際溫度與設定溫度的誤差；程序段3 程序中第一行AN M280. I表示溫度趨勢！TR_T，為溫度下降趨勢；第2行至第6行MD92 為溫度誤差AT，表示溫度誤差小于等于2°C的比較；Q46. I、Q46. O分別表示兩臺控制燃氣的燃氣開關閥、空氣開關閥，在7、8行中S表示置I即打開點火裝置、空氣開關閥、燃氣開關閥，開始升溫，也就是說當溫度下降趨勢，M280. 1=0，實際溫度低于設定ADJ_U_T =2°C時，這時打開點火裝置、空氣開關閥、燃氣開關閥燒嘴開始燃燒，開始升溫操作；.280. I 92.46. I 46. OM280. I表示溫度趨勢TR_T為溫度上升趨勢，第2行至第6行中，MD92 為溫度誤差AT，表示溫度誤差大于等于_2°C的比較，Q46. 1、Q46. O分別表示兩臺控制燃氣的燃氣開關閥、空氣開關閥，在第7、8行中，R表示復位O即關閉燃氣開關閥、空氣開關閥， 開始降溫操作；當溫度上升趨勢，M280. 1=1，實際溫度高于等于設定ADJ_D_T =_2°C時，這時關閉燃氣開關閥、空氣開關閥、燒嘴熄滅，開始降溫操作。程序段4 A M A(L MD L -2.0>=R程序中第I行A
全文摘要
脈沖式爐窯溫度動態(tài)控制方法，(1)在計算機中設定一個虛擬值為爐窯溫度設定值、設定一個虛擬值為上調(diào)溫度差值、設定一個虛擬值為下調(diào)溫度差值；(2)通過熱電偶先采樣測量一次出爐窯溫度，經(jīng)某時段2～4秒再采樣測量一次出爐窯溫度，其兩點溫度進行比較值，得出溫度趨勢，后采樣點溫度大于前采樣點溫度是上升趨勢，否則是下降趨勢。(3)計算機對實際測量溫度與爐窯溫度設定值進行比較獲得比較值，計算出溫度差值；(4)溫度差值小于等于上調(diào)溫度差值且其溫度趨勢為下降趨勢，計算機控制打開燃氣閥、空氣閥、帶有點火器的燒嘴；溫度差值大于等于下調(diào)溫度差值且溫度趨勢為上升趨勢，計算機控制關閉燃氣閥、空氣閥、帶有點火器的燒嘴。
文檔編號F27D19/00GK102607288SQ20121000308
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者盧全觀 申請人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司