蓄热步进式加热炉控制系统的设计与实现

论文摘要

宁夏电投钢铁有限公司轧钢车间原有一座侧进侧出空气单蓄热步进式加热炉,最大加热能力为120T/h,燃烧过程、炉温、炉压控制等均为手动调节,实际生产过程中很难做到准确控制各段炉温,炉温波动大,能耗高,钢坯加热质量差等。为适应市场需求,扩大产品品种,公司将目前的棒材生产线改造为棒、线材复合生产线。由于生产82B高速线材对钢坯的加热质量要求较高,原有加热炉的控制方式已不能满足生产82B高速线材的需要。拟对加热炉控制系统进行技术改造。本文基于轧钢车间加热炉现状,阐明了加热炉存在的问题及改造需要达到的目标。本着节能减排,提高钢坯加热质量的目的,从加热炉工艺出发,分析了煤气热值、烟气含氧量与空燃比,炉温变化与煤气流量的关系。重点分析了加热炉燃烧控制策略,采用模糊PID控制策略、改进型双交叉限幅控制策略及专家控制策略,对煤气、空气流量及炉压进行调节。详细分析了对煤气和空气两个回路的限幅设定和控制过程,在保证空气和煤气的相互跟随关系的同时,加快了系统调节的速度,使加热炉处于最佳燃烧状态。根据加热炉生产过程参数的分析,表明该系统运行可靠,设计选型合理,PLC系统配置灵活、程序可便捷在线调节,炉温控制满足82B钢坯加热要求。论文还讨论了加热炉燃烧过程优化模型在工业中的实现方法。智能优化燃烧系统主要采用VC++语言进行模块化程序设计,采用OPC技术实现应用程序与组态软件的通信。调试运行及仿真结果表明,燃烧优化模型有效的提高了炉温的稳定性,为加热炉燃烧优化控制提供了一种有效的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 加热炉炉型简介
• 1.3 蓄热式高温空气燃烧（HTAC）技术
• 1.4 蓄热式燃烧技术与步进加热炉
• 1.5 国内外加热炉控制系统的研究和应用现状
• 1.5.1 国外加热炉控制系统的研究和应用现状
• 1.5.2 国内加热炉控制系统的研究和应用现状
• 1.5.3 研究加热炉优化控制系统的意义
• 1.6 论文内容和主要工作
• 第2章 蓄热步进式加热炉工艺简介
• 2.1 蓄热步进式加热炉工艺概述
• 2.2 加热炉燃烧状态分析
• 2.2.1 空燃比与空气过剩系数的关系
• 2.2.2 加热炉所需空气量的分析
• 2.3 加热炉燃烧过程控制分析
• 2.3.1 加热炉控制系统的特点
• 2.3.2 加热炉燃烧过程存在的问题
• 2.4 加热炉控制系统信号检测
• 2.4.1 传感器的组成及选择
• 2.4.2 系统温度信号的检测
• 2.4.3 系统压力信号的检测
• 2.4.4 系统流量信号的检测
• 2.5 本章小结
• 第3章 蓄热步进式加热炉控制系统总体设计
• 3.1 加热炉燃烧控制总体结构设计
• 3.2 过程控制系统设计
• 3.2.1 模糊PID控制策略
• 3.2.2 改进型双交叉限幅控制策略
• 3.2.3 专家控制策略概述
• 3.2.4 通讯模块设计
• 3.3 基础控制系统设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 蓄热步进式加热炉控制系统实现
• 4.1 开发工具简介
• 4.1.1 上位机监控软件Wincc简介
• 4.1.2 下位机编程软件STEP 7简介
• 4.2 上位机监控系统功能实现
• 4.3 通信模块
• 4.4 燃烧控制算法实现
• 4.4.1 改进型双交叉限幅算法的实现
• 4.4.2 专家控制策略的实现
• 4.5 加热炉系统调试和仿真分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结束语
• 参考文献
• 致谢