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加热机/加热炉 |
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中型加热炉炉压前馈控制功能研究与实现 |
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作者：张燕 于志祥 姜杰 王峰 周丽萍 |
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1 引言
工业生产过程中控制对象存在惯性和纯滞后，从扰动作用到系统上，使被控量偏离给定值需要一定的时间，而从控制量改变，到被控量发生变化，也需要一定时间，所以，在负反馈控制系统中，从扰动作用产生到使被控量回复到给定的要求值需要相当长的时间。传统的炉压控制是负反馈控制，当受控对象受到扰动的作用，被控量偏离给定值时，调节器才会起作用，改变对象的输出，从而补偿扰动的影响。这种靠偏差来消除扰动影响的负反馈控制系统，控制作用总是落后于扰动的作用。因此，对于存在扰动的系统，可以直接按照扰动进行控制，这种控制方式称作前馈控制，理论上，它可以完全消除扰动引起的偏差。中型加热炉烧钢系统即采用前馈控制方式，使炉膛压力保持在一定的范围内，尽量减少炉膛压力的波动，以减少因炉压波动产生吸冷风或冒火的现象发生，起到降低氧化烧损和节约煤气的目的，满足安全生产的需要。其控制原理图如图1所示:
图1(a) 反馈调节原理图
图1(b) 前馈调节原理图
2 目标控制系统
加热炉炉压控制系统由硬件系统和控制程序构成。硬件系统由炉压变送器，炉门检测系统，换热器保护控制系统，风量检测系统，烟道闸板执行机构等构成。方法是为避免因热负荷的变化、炉门的开关而使炉压产生滞后的波动，把空气流量等作为参数来计算前馈修正系数，使炉压控制减少滞后影响。
2.1 控制系统简介
由炉压变送器检测炉膛压力，由控制器进行PID运算，控制烟道闸板的开度，从而达到控制炉膛压力的目的，由于加热负荷的波动较大，对进入加热炉的所有空气，采用前馈控制，来保证炉压的稳定。当炉门打开时，会有空气进入，对炉压产生影响，而且炉门的开关时间很短，对于大滞后的炉压系统，将无法调节，因此在炉门打开时，控制器锁定，使炉压在炉门打开时也能稳定，炉门关闭后，控制器开始进行调节，仍能保证炉压的稳定。加热炉炉压控制系统包括助燃空气流量和搀冷空气流量前馈控制系统、炉门控制系统等。助燃空气流量和搀冷空气流量前馈控制功能见图2：
图2 炉压前馈控制系统原理图
2.2 控制特性
影响炉膛压力的重要因素是助燃空气，由于需要加热钢坯，进入加热炉的助燃空气的流量较大，加热负荷的变化，就会引起助燃空气流量的波动，进而影响炉压的稳定，采用负反馈控制，炉压调节将无法消除这种影响，在此采用前馈控制，根据当前助燃空气的使用量，对当前的PID输出进行补偿。为了保护空气换热器，在烟道废气温度较高时，加热炉还采用搀冷风的方式进行降温，也对炉压产生了影响，在此也采用前馈控制，这样就保证了炉压的稳定。
前馈控制通过稀释闸板打开和热负荷来实现，当稀释闸板打开/或者总的燃烧空气流速变化时，补偿就实现。补偿值通过下面的公式定义:
dD=[k1×(Dn-Dn-1)]damper+[k1×(Dn-Dn-1)]air flow
k1:常数;
Dn:扰动n;
Dn-1:扰动n-1。
稀释闸板打开和/或总的燃烧空气流速的变化就是炉压控制的扰动。炉门控制系统见图3：
图3 炉门控制系统
在进料和出料时，炉门的开关对炉压的影响较大，特别是出料炉门靠近压力变送器的取压管，对炉压的影响较严重，而且炉门的开关也只有十几秒钟，此时进行调节，会引起系统的不稳定，因此当炉门打开时，将烟道闸板开度减小，将炉压稳定在一定的范围内。炉门关闭后，延时几秒，将烟道闸板开度增大到炉门打开时的值，然后进行炉压调节，保证了控制器的稳定。
2.3 炉压特殊控制功能
(1) 炉门开启时自动补偿功能。当出料炉门打开时，根据烟气流量波动情况，自动修正设定值。
(2) 前馈功能。为了避免由于压力传感器和烟道闸板之间的距离而产生的典型炉压波动，我们以加热炉全部的助燃空气流量作为参考值，来计算炉压控制器输出值的前馈修正系数。
3 结束语
在加热炉炉压控制系统中采用前馈控制功能后，确保了炉压的恒定，减轻了工人的劳动强度，控制效果也比较好。
作者单位：莱钢集团 自动化部钢区车间
本文摘自《PLC&FA》 (end)
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(9/13/2006) |
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