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燃气/空气电子型比例控制系统(一)
燃气空气比例调节控制方案的分析
燃气空气比例调节控制方案的分析
p实现燃气、空气比例调节的方式如下：对于普通的大气式燃气燃烧器，由于引射器在一定范围内具有自动调节能力，即当燃气喷嘴的流量发生变化时，被引射进入的一次空气量也会随之发生相应变化，这在一定程度上保证了燃气/空气比例的恒定；对于鼓风式预混式燃烧器，由于燃气和空气混合方式的不同，就需要使用调节装置实现燃气/空气比例的控制。目前实现这一功能的技术主要有两种：电子式恒比例控制技术和机械式恒比例控制技术。
2、燃气/空气比例调节方案
2.1 引射式比例调节
目前多数燃气燃烧设备采用的是引射式比例调节，其核心部件为文丘里管，它由收缩管、颈管和扩散管三部分部分组成，如图1所示。该种比例调节方式的缺点一是只能预混部分空气，二是当热负荷较大时，燃烧器结构比较笨重。以红外陶瓷板燃烧器为例，燃气引射空气的引射比需要达到1比10至1比11，对于液化石油气引射比需要高达1比35之多。要达到如此大的引射比，在目前陶瓷板的阻力和液化石油气的额定压力（2800帕）条件下，要达到足够的引射比，必须保证喷嘴与文吐利严格对中，文吐利管内壁光滑。否则也是不容易达到的。就是可以达到也会因负荷加大使引射器体积过分庞大，而不能使用。【燃气/空气电子型比例控制系统】
现在的形势是，已经有了空气鼓风，完全可以考虑甩开燃气引射空气的引射器，利用空气与燃气的压力机混合。很明显在这种条件下，空气引射燃气将会大大地降低引射比，同时也会减小引射器的体积。
图1 燃气/空气引射式比例调节
1、收缩管；2、颈管；3、扩散管
2.2 电子式恒比例调节
电子式恒比例调节是利用流量传感器检测到空气流量信号，控制器根据该信号经相应的运算后控制燃气比例调节阀，以维持燃气与空气流量比例的恒定。该种控制方式经常应用于大中型燃烧设备。
图2 电子式比例调节
以我们研发的智能化中餐灶自动控制系统为例进行说明。该燃烧器设置三段火负荷，其燃气比例阀电流在不同火种时分别为：大火（DC180～250mA±5mA）、中火（DC130～220mA±5mA）、小火（DC120～180mA±5mA）。系统进入燃烧状态时需要调节比例阀电流参数，有三种火模式调节。系统在燃烧过程中切换火（小、中、大火）时，每一种火切换后风机运行至与火种相应：低速风机对应小火，中速风机对应中火，高速风机对应大火。
2.3 机械式恒比例调节
机械式比例调节是利用风压变化自动调节燃气流量的等比例控制技术。这种燃烧器的鼓风量与燃气流量联动，燃烧器利用控制器驱动空气蝶阀以改变空气路风压，风压信号通过连通管同步控制燃气阀的开度。工作时随着控制器信号的变化，空气蝶阀与燃气阀同时改变开度，从而同步控制空气量与燃气量，实现了对火焰大小的控制。
该调节控制方案中使用的燃气阀组主要包括：安全切断电磁阀EV1、伺服电磁阀EV2、伺服压力调节阀RP、零点迁移量调节器G/A、空燃比例调节阀RQ等组成，如图 3所示。
燃气/空气电子型比例控制系统(二)
燃气锅炉的PLC自动控制系统
燃气锅炉的PLC自动控制系统
摘要：随着我国经济的快速发展以及人民生活水平的提高，人们逐渐意识到环境保护的重要性,燃烧清洁燃料,改变供暖的燃料品种是减少空气污染的有效途径。文章主要论述了燃气锅炉 PLC 自动控制系统，该系统可以明显提高燃料利用率。
关键词：PLC、燃气锅炉、自动控制系统
一、前言【燃气/空气电子型比例控制系统】【燃气/空气电子型比例控制系统】
现阶段,一般的燃气锅炉的设计效率均可以达到90%左右,然而在实际运行中,受外界环境温度不断变化以及供热量需求的变化的影响,需要实时调整燃气量,否则会导致供热量过量或不足,浪费了大量能源。所以,我们要实时调节燃气锅炉的燃气供应,提高能源利用率。现阶段,由于能源危机的影响，世界各国都面临能源短缺的挑战,尤其我国面临严重的能源问题,所以,锅炉控制系统的重点便是使锅炉高效、安全运行。
二、系统特点
1、利用人机接口以及I/O接口，实时采集、记录、监视、操作控制过程对象的数据，可进行系统局部故障的在线维修以及组态回路的在线修改。
2、控制系统使用的人机对话系统实用而简捷，采用复合窗口技术，对工艺流程图、各控制回路、纪录数据实时显示并生成报表，时各工艺测点的历史趋势能够直观显示；
3、工程师能够方便地将不同设备的控制功能按设备分配到不同的合适控制单元上，这样操作工可以按照需要对单个控制单元进行模块化的功能修改、维护、下装和调试。
4、由 PLC 自动控制现场监控点，然后传递到中央监控计算机，利用系统软件还原显示数据，并对数据进行处理，这样进一步强化了系统数据通信安全性能。
5、各个控制单元分布安装在被控设备附近，既节省电缆，又可以提高该设备的控制速度。
燃气/空气电子型比例控制系统(三)
济钢燃气发电燃气混合智能模型控制系统的研究
摘 要 本文首先简要介绍了济钢燃气发电燃气混合的工艺流程，然后详细阐述了燃气混合控制系统的硬件配置，最后对燃气混合智能模型的主要功能和控制原理进行了分析与研究。 关键词 燃气混合；智能模型；控制原理
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）17-0052-02
随着钢铁公司生产规模的扩大，生产过程中产生的煤气也大量增加，如果这些煤气放散到空气中，不但破坏了环境，也造成了资源的浪费。为了减少煤气放散，充分利用资源，我公司建设了燃气——蒸汽联合循环发电工程项目，该项目是通过建设燃气——蒸汽联合循环发电系统，来充分利用煤气发电，以达到节约能源和改善环境的目的。
燃气混合站的主要功能是将从高炉煤气管网来的高炉煤气和从焦炉煤气管网来的焦炉煤气混合，根据燃气——蒸汽联合循环发电工艺的要求，向下道工序——煤气压缩机提供热值和压力稳定的混合煤气。
1 工艺配置
1.1 工艺简介
来自焦炉煤气管网的焦炉煤气经净化、捕雾后，分六条管路引入本混合系统，来自高炉煤气管网的高炉煤气，经电除尘净化装置净化后，同样分六路引入本混合系统。一条焦炉煤气管路对应一条高炉煤气管路，按A型插入形式插接汇合成一条直径为φ1400 mm的混合煤气管路，两种煤气在混合管路处混合。混合后的六路煤气分别经六条管路送六套煤气压缩机进行压缩后供六套燃气发电机组使用。在混合煤气管道去煤压机前有支管经放散蝶阀去放散母管。
1.2 过程检测与控制单元
燃气混合控制系统各工艺检测与控制点是根据工艺需要进行设置的，主要包括温度检测、压力检测与控制、流量检测与控制、热值检测与控制、调节阀等。
2 硬件系统配置
现场的压力、温度、流量、热值等数据采集信号进入DCS的模拟量输入模块，控制信号由DCS的输出模块直接接到调节阀。
本系统的控制由ABB公司的AC800F集散控制系统组成，每两套混合站配一套冗余过程站，该类型的控制站其电源、CPU及通讯单元均为冗余配置；上位监控站为一套监控站，软件为运行于Windows 2000下的CBF监控系统。过程站和监控站的连接为环形光纤网。监控站实现工艺参数的监控、报警联锁参数的设定及报警状态的监控，以及手动操作、报表打印、历史趋势记录、报警记录、历史事件记录等功能。
3 控制系统的功能
控制系统完成6套配置相同的煤气混合站的监控与操作。包括6套智能混合控制，18台混合用调节阀的手动操作，1台放散用调节阀的自动控制与手动操作，6台放散蝶阀的操作，12台混合站入口蝶阀操作，12台混合站入口扇形阀的操作。
4 燃气混合智能模型
4.1 主要功能
燃气混合智能模型主要实现热值及混合煤气压力的自动控制、放散阀的自动控制和工况自动转换的控制。其中稳定控制混合煤气热值是系统的核心目标，稳定控制混合煤气压力是实现热值稳定控制的手段，混合自动控制可实现热值控制与配比控制两种模式，热值可采用测量与预测两种方式，设定配比可采用固定与跟踪两种方式，多种方式的组合以满足不同工况的需要。工况自动转换主要是手动操作与自动控制、热值控制与配比控制的双向无扰动转换。
4.2 控制原理
4.2.1 热值及混合煤气压力的自动控制
热值及混合煤气压力自动控制的思路是：通过调节高炉煤气压力调节阀的开度，使波动比较大的高炉煤气压力稳定在工艺要求的设定值，以利于系统的稳定；通过调节高炉煤气流量调节阀和焦炉煤气流量调节阀的开度，使混合煤气压力稳定在工艺要求的设定值，混合煤气热值稳定在要求的范围内，这样便可以按照工艺要求为下道工序提供压力和热值稳定的混合煤气。
当选择某套混和站的热值及混合煤气压力为全自动控制方式时，该套混合站中的5个调节器的控制方式均为自动。当选择“热值测量”方式时，热值调节器将以测量热值为依据进行热值调节；当选择“热值预测”方式时，热值调节器将以预测热值为调节依据，以优化调节系统的响应特性。当选择“配比控制”方式时，系统根据设定的高焦配比自动调节高炉煤气流量和焦炉煤气流量，使实际配比稳定在设定配比，此时热值调节器不起作用；当选择“热值控制”方式时，系统将以设定配比为参照，调节高焦配比，把混合煤气热值稳定在设定值上，系统稳定时，设定配比和实际配比可能不完全相符，此时设定配比和设定热值应大致相当，即在此配比左右，热值应为可达到此设定热值，可在系统投自动前，选择配比固定时，设定配比或热值，系统会自动给出对应的大致的热值或配比设定值。当选择“配比固定”方式时，系统调节过程中，设定配比保持固定；当选择“配比跟踪”时，当系统为热值调节时，如设定配比与实际热值稳定时的配比差别较大，系统将自动把设定配比改为更合适的实际配比，以提高调节系统性能。
4.2.2 放散阀自动控制
放散调节阀只有一台，为六套混合站共用，在某混合站对应的燃机进行油气切换时，将该站放散控制选为自动，此时该套混合站使用放散调节阀，放散阀处于自动方式。智能控制模型根据混合站的混合煤气压力测量值、设定值、放散阀开度等参数对放散阀的开度进行控制。为保证阀门操作的可靠性，只有在无其它混合站选中自动时，才可将一个站转为自动，当混合站使用放散自动控制时，工艺流程图中该站去煤压机的母管处显示红色“放散自动”。自动时，系统将根据混合压力自动调节放散阀开度，放散自动控制只用于燃机油气切换时，在切换前应将其提前20秒转为自动状态，切换完成后转为手动状态。
4.2.3 工况自动转换
在选中“手动操作”时，每套混合站的五套调节回路为手动方式，此时双击相应调节阀，打开的调节器中，通过改变“输出”可手动调整阀门开度；选中“自动控制”时，系统的五个调节回路为自动方式，此时整个混合控制为全自动方式。
控制系统投入自动的顺序为：
1）检查混合煤气热值设定值、混合煤气压力设定值、煤气配比设定值、高炉煤气压力设定值是否正常。
2）确认工艺具备投自动的条件：焦炉煤气和高炉煤气供应充足；热值仪正常投运；混合煤气有适当的出口——放散或去煤压机；调节阀已送电；高炉煤气压力调节阀后压力、高炉煤气温度、高炉煤气流量、焦炉煤气气源压力、焦炉煤气温度、焦炉煤气流量、混合煤气压力、混合煤气热值等关键仪控检测参数正常。
3）在以上两项确认无误的情况下，点击工艺总流程画面中的“自动控制/手动操作”按钮，等待画面的提示，依次确认后，系统可自动转为全自动控制方式。检查确认系统稳定后，投运完成。
5 结束语
济钢燃气发电工程以济钢能源结构调整中节余的焦炉煤气和高炉煤气为燃料，采用高效率的联合循环发电机组发电，实现了能源的综合利用。燃气混合智能模型控制系统是该工程的关键环节之一，它成功解决了低热值混合煤气发电系统中的如何获得压力和热值稳定的混合煤气这一技术难题，为发电系统的稳定运行提供了保证。
参考文献
[1]杨跃斌.智能高频开关电源在我局变电站直流系统中的应用[J].湖州师范学院学报，2008（S1）.
燃气/空气电子型比例控制系统(四)
退火炉高精度温度控制器研究
摘要：由于传统的退火炉温度控制器已不适应当今退火炉实际应用，因而高精度炉温控制器应运而生。这种高精度的炉温控制器包括改进型 PID 控制器、基于数据表的带钢参数修正器及快速升温、降温调节器、煤气压力修正器，其可实现退火炉全工况范围内温度的稳定调节。 关键词：退火炉 高精度温度控制器 PID控制器 钢管参数修正器
引言
退火炉当今冶金和机械等行业常用的工业热处理设备，一般的退火工艺都是产品成型的最后一道工序，它的效果直接影响产品的质量，因此，退火炉的为产品提供准确的升温是至关重要的，必须根据退火炉的工艺升温曲线。
一、退火炉概述
退火是钢铁企业冷轧产品生产过程中的一道工序， 而退火炉是连续退火机组极其关键的设备，退火炉炉温控制效果直接影响冷轧产品的质量，是连续退火控制关键技术之一。
由于退火炉本身大惯性、大滞后的特点，给其炉温的高精度调节带来了难度。 目前在国内的炉温控制中， 占主导地位的仍然是传统简单的 PID 温度控制器。 但传统的 PID 控制技术在处理退火炉这样非线性、 大时滞性且难以建立准确数学模型的控制对象时，存在着固有的缺陷，易造成振荡、超调等现象。在常规的退火炉控制当中，一般采用自动控制的方法，这样不仅可以有效的减短生产周期，降低成本，还能够最大程度上的减少污染，对建设可持续发展的科技社会做出了贡献。特别是我国，我国是世界上的工业制造大国，因此，研究性能高的退火炉温度控制系统是非常必要的。
二、温度控制器结构
高精度温度控制器主要由以下几部分构成：模糊控制型 PID 控制器、基于数据表的带钢参数修正器及快速升温、降温调节器、燃气压力补正器等。
三、温度控制器具体操作
1、模糊控制型 PID 控制器
PID 控制是传统的工业控制最经典的控制方法之一，结构简单，成本较低优点。但是，这种常规的控制器适于小时延的稳定调节过程，但对于退火炉炉温控制这样具有迟滞性、振荡的被控过程，控制效果不佳。为此，采用经典的 PID 控制与模糊控制相结合的方式，能够实现自动控制，既能够解决上述的问题，又能够在控制过程中，比常规的控制方式调节的时间短，而且稳定性好，误差小，最终达到最佳的控制效果。
（1）PID控制器
整个 PID 控制器的原理：由比例环节、微分环节和积分环节组成，然后经过三个环节之后给出一个输出，送给被控对象。然后整个控制器根据输出的结果与设定值进行对比，如果有偏差，就会反馈到比例、积分、微分三个环节之中，进行再调节，组成了一个闭环的回路。
（2）模糊控制的优点
模糊控制是现在工业控制中一种自动的控制，而且应用范围比较广泛，不仅应用在工业控制中，而且应用在家电的产品中。作为熟悉的操作员来讲，不需要了解被控对象是否是精确的数字模型，只需要具有很熟悉的操作经验就可以完成这个比较复杂的控制过程。如果能够将这些熟悉的实际经验总结一下，用语言描述一下，就可以制定出符合被控对象的模糊控制库。
（3）模糊 PID 控制
在响应时间上和超调量上，模糊控制与常规的 PID 控制相比，具有更短、超调量更小的优势，而且在控制过程中，被控对象不需要被了解，参数的变化不是很敏感，与 PID 调节器相比，模糊控制器的响应时间更短、超调量更小。模糊控制的鲁棒性很强，适应性很强，对于一些非线性、时变有干扰的系统，模糊控制都可以进行控制，但是模糊控制在控制时，其控制的量无法直接对被控对象进行控制，需要借助一些常规的控制方法。研究基于模糊 PID 控制的退火炉温度控制系统，把常规的 PID 控制的优点：响应速度快，稳定性能较好等特点与模糊控制的鲁棒性强、适应能力强结合起来，鉴于退火炉自身的结构特点，进行控制，最终使系统的控制效果较佳。
系统第一次经过 PID 控制后，得到误差和误差率，误差和误差率经过模糊化处理，再进行模糊推理和反模糊化，得到 PID 三个参数的变化量，这三个变化量与之前初始的设定值相加后重新进行第二次 PID 调节，最终输出结果传给被控对象，整个系统是一个完整的闭环控制系统，将设定的指标与结果的指标的偏差 e 以及偏差变化率 ec 作为模糊控制系统的输入，将 Kp、Kd、Ki 三个参数作为输出输入给 PID 控制器，然后再传给 PID 控制器。
四、基于数据表的带钢参数修正器、快速升/降温调节器
生产中由于带钢规格及运行参数、工艺设定参数改变而引起的炉温波动及调节具有可预见性，若在参数变化时提前给温度控制器输出一个预设定值，抑制炉温的偏差变化，既可增加炉温的响应速度，亦可减小炉温的波动。 预设定值可基于查询退火炉保温参数表及带钢工艺参数表相关数据并通过计算得出，数据表中数据根据退火炉调试及生产期间真实记录所得，也可根据经验预先设定。
1、带钢参数修正器
修改包括 2 方面： ① 生产过程中带钢牌号修改，各段炉温设定值及带钢速度需根据具体情况中工艺设定值修改；②牌号未更改，由于某故障因素造成带速的急速下降，及故障排除后带速的急速上升。当生产过程中带钢参数发生变化时，带钢参数修正器先将 PID 置于手动模式并直接将 PID 输出赋值于计算获得的理论负荷值，随后将 PID 转入自动模式对炉温设定值进行跟踪调节。
2、快速升 / 降温调节器
此调节器主要用于当退火炉由保温状态转换至生产状态，或由生产状态转至保温状态时，需炉温快速上升至工艺温度值或快速下降至保温温度的情况。
五、煤气压力修正
退火炉采用煤气辐射管进行加热， 当煤气、空气压力在稳定值时，煤气空气在烧嘴内混合燃烧产生的火焰长度最佳，烧嘴工作在额定状态下，传热效率最高。 实际生产中，受煤气外管网压力波动的影响，或管网煤气减压阀组工作特性的影响，会造成退火炉的煤气压力发生改变。 至退火炉煤气压力过高时，会使调节阀关至最小开度值后至烧嘴的煤气压力仍旧偏高，造成烧嘴内火焰长度增长，烧嘴燃烧超出额定状态，在炉段负荷给定值未发生改变的情况下炉温升高；煤气压力过低，调节阀开至最大仍无法达到额定压力，造成烧嘴火焰减小，烧嘴热功率及热效率降低，使在炉段负荷给定值未发生改变的情况下炉温降低。
结语
火炉在金属热处理当中是非常重要的一道工序，因为金属经过适中温度的热处理之后就会有很好的物理性能，较低的温度，会使材料的受热不均匀；过高的温度，会使金属过烧。但是当前常规的温度控制器，其控制参数不是整定困难就是根木无法整定，因此不能得到满意的控制效果。同时，传统的 PID 控制技术在处理退火炉这样非线性、 大时滞性且难以建立准确数学模型的控制对象时，都存有固有的缺陷，易造成振荡、超调等现象。因此，使用高精度的温度控制器是形势要求，本文主要分析了一种高精度温度控制器的结构，望对相关人员有学习借鉴意义。
参考文献
[1]朱�f. 连续镀锌线退火炉炉膛温度控制[J]. 自动化与仪表，2013，06：38-41.
[2]段英宏，刘秀红，康绍杰，高明辉. 基于TSIC506的高精度温度检测系统的设计[J]. 现代电子技术，2013，13：134-137.
[3]张强，梁秀霞，赵羽佳，王萌. 基于模糊自整定PID的连续退火炉温度控制系统[J]. 自动化技术与应用，2014，08：29-31+38.
[4]孙浩. 智能供暖系统户端温度控制器的设计与研发[D].昆明理工大学，2014.
[5]周恒龙，赵赛. 单交叉限幅控制在邯钢连续退火炉上的应用[A]. 河北省冶金学会、山东省金属学会、江苏省金属学会、山西省金属学会、湖北省金属学会、陕西省金属学会.2014钢铁企业设备故障远程诊断技术与无损检测交流会论文集[C].河北省冶金学会、山东省金属学会、江苏省金属学会、山西省金属学会、湖北省金属学会、陕西省金属学会：，2014：5.
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