加热炉交叉限制复杂控制方案设计探讨

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加热炉交叉限幅自动燃烧控制系统

加热炉交叉限幅自动燃烧控制系统摘要：加热炉交叉限幅自动燃烧控制系统是将交叉限幅技术和自动化系统结合引入到加热炉燃烧控制。

本文以某一双线棒材轧钢厂步进梁式加热炉的燃烧控制系统为例，介绍交叉限幅燃烧控制的基本原理和实际应用情况，阐明交叉限幅燃烧控制如何与自动化系统结合，从而达到提高加热炉的产量、减少燃料的消耗、节约成本，燃料完全充分燃烧保证排放质量的目的。

关键词：步进梁式加热炉; 交叉限幅; 燃烧控制前言：加热炉是轧钢生产线关键设备之一，其作用是将钢坯加热后送往轧机进行轧制。

同时，加热炉还是企业生产轧钢是的主要的能耗设备，其燃料主要为焦炉煤气，混合煤气和各项单一燃气。

由于钢坯的加热时间和轧制时间的限制，如何能够在较短的时间内，将钢坯迅速地达到出钢的温度成为了提升加热炉效率关键问题。

因此，为了解决上述问题，各项燃料的燃烧混合比例及燃料燃烧的充分性成为了关键因素。

如果能够实现最佳的燃烧控制比例，控制加热炉温度始终处于紧缺的控制之下，能够极大的节约能源消耗，同时极大程度上减少对钢坯的燃烧损耗，提高了轧钢的产出质量。

图1：工艺流程图（某一加热段）本文以某一双线棒材轧钢厂步进梁式加热炉的燃烧控制系统为例，介绍交叉限幅燃烧控制的基本原理以及实际应用和操作情况，说明交叉限幅燃烧控制能够对于提高加热炉的产量，同时减少燃料的消耗，燃料完全充分燃烧，保证排放质量等重要指标的提升具有明显的成效。

1 某双线棒材轧钢厂配套的220t／h(冷装)步进梁式加热炉的基本概念步进梁式加热炉控制系统中，主要有顺序控制系统和燃烧控制系统，燃烧控制系统是加热炉自动控制系统中最为重要的控制部分，燃烧控制系统直接影响钢坯加热质量和燃料的消耗。

既要满足轧钢对钢坯温度的要求，又要考虑燃料的经济成本。

交叉限幅燃烧控制就具有其高效节能、灵活可靠控制诸特点。

现就以某棒材线步进梁式加热炉实例，介绍轧钢步进梁式加热炉交叉限幅自动燃烧控制系统2 步进梁式加热炉生产工艺流程简介加热炉是轧钢生产线重要的前道工序。

交叉限幅控制原理与应用

交叉限幅控制原理与应用摘要交叉限幅控制是比较先进的加热炉温度控制弥补了一般的比值控制的不足，从燃料、出口温度、空气三方面考虑，保证了燃料的充分燃烧也保证了空气的不过量，有效的提高了燃料气的利用率。

在实际的使用中还可以根据不同燃料气人为设定空燃比，从而使交叉限幅控制可以满足不同燃料气的加热炉温度控制，实现同一温度控制系统适应不同燃料气需求。

关键词比值控制；交叉限幅；空燃比0引言炼化行业的控制技术在不断的发展和更新中，交叉限幅就是最近几年发展并迅速应用于现实的一种加热炉控制的方案。

在以往的控制中加热炉的控制使用单一的比值控制或使用串级控制，达不到总体控制的要求，在装置生产中增加了操作的难度，交叉限幅的使用减轻了人工操作的难度，通过自动控制提高了加热炉的使用效率。

1 燃烧控制理论燃烧控制是加热炉最重要的控制系统。

燃烧产生的火焰温度可用下列的公式表达：T=（HF+CFTF+KA/FCAT入）/（CF+KA/FCA）式中：T-火焰温度；HF-燃料热值；CA-空气比热；CF-燃料比热；T入-空气入口温度；TF-燃料入口温度；KA/F-空燃比当燃料过量，多余的燃料没能完全燃烧产生热量，反而稀释了燃料与空气混合物的浓度，从而使在相同体积下的燃料和空气的混合物燃料过剩的燃烧热量低。

在燃料和空气都不过量的情况下，即达到合适的空燃比，加热温度才能达到最大值，才能保证加热炉的热效率最高。

2 交叉限幅控制的控制要点及控制原理交叉限幅控制说简单点就是燃料的流量与空气的流量相互影响，相互牵制，最终达到一个平衡点就是合适的空燃比。

交叉限幅实际上是一个具有两个并联回路的串级调节系统，炉出口温度作为主回路，燃料气和空气流量回路并联作为副回路。

这样达到的目的有：1）根据实际空气流量，可以通过模块内的“低选器”对燃料流量进行控制；2）通过实际燃料气流量通过“高选器” 对空气流量进行控制；这样就构成了“交叉限幅”。

交叉限幅控制在系统平稳是静止的，也就是只有燃烧系统的平衡被打破后交叉限幅控制才起作用，在系统平衡时燃料流量控制与空气流量控制是独立的两个控制回路。

双交叉限幅燃烧控制原理在直接式加热炉上的运用_高淮民

煤
成本
2
.
1
.
大庆油田供热概况
,
燃油改煤的必要性
,
大庆油田地处高寒地带
180
每年供暖时间长达
随着国际油价的持续上涨油价格也不断攀升
,
国内成品油
、
燃料
天
Байду номын сангаас
,
民用采暖用热消耗的能源占油田能源总耗
。
以渣油为燃料的采暖锅炉房供
针对目前大庆油田民用供暖采用的方式投资高涉及面广的缺点建议采用现有价格较
, ,
。
、
,
低的煤作为燃料可保持现有采暖方式不变又可解决采暖费用过高的问题
的方式有热电联供燃煤锅炉
5000一 S000 kW
燃风 ) 为两个副控回路的并联串级系统
输原油管道上的化管理系统
1
.
直接式加热炉已全
。
荷时 ( 要升高温度时 )
当需降负荷时富氧
,
燃料和助燃风同时增加
。
部应用了由计算机控制的双交叉限幅燃烧控制智能
量的比例很大
房有
1少 m
x
大庆石油管理局热力公司和部分三
17 0
,
热成本也不断增加

加热炉串级控制(参数整定)

目录1 前言 (1)2总体方案设计 (2)2.1 方案比较 (2)2.2 方案论证 (4)2.3 任务与设计要求 (5)3串级控制系统的参数整定 (6)3.1 参数整定方法 (6)3.2 参数整定 (6)3.3 两步法的整定步骤 (7)4 MATLAB仿真 (8)4.1 副回路的整定 (8)4.2.2 主回路的整定 (9)4.2.3 整体参数整定 (9)5 结论 (13)6总结与体会 (14)7参考文献 (15)1 前言随着我国国民经济的快速发展，加热炉的使用范围越来越广泛。

而加热炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量和产量。

现代加热炉的生产过程可以实现高度的机械化，这就为加热炉的自动化提供了有利条件。

加热炉自动化是提高锅炉安全性和经济性的重要措施。

目前，加热炉的自动化主要包括自动检测、自动调节、程序控制、自动保护和控制计算五个方面。

实现加热炉自动化能够提高加热炉运行的安全性、经济性和劳动生产率，改善劳动条件，减少运行人员。

加热炉是将物料或工件加热的设备。

按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。

应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。

在生产过程控制中，一些复杂环节，往往需要进行串级控制。

即把两个控制器串联起来，第一个控制器的设定值是控制目标，它的输出传给第二个控制器，作为它的设定值，第二个控制器的输出作为串级控制系统的输出，送到被控系统，作为它的控制“动作”。

控制系统的这种串级形式对于复杂对象的控制往往比单回路控制的效果更好。

串级控制对克服被控系统的时滞之所以能收到好的效果，是因为当用两个控制器进行串级控制时,每个控制器克服时滞的负担相对减小,这就使得整个控制系统克服时滞的能力得到加强。

2总体方案设计2.1 方案比较开环控制是指控制装置与被控对象之间只有按顺序工作，没有反向联系的控制过程,按这种方式组成的系统称为开环控制系统,其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响，没有自动修正或补偿的能力。

浅谈双交叉限幅在加热炉燃烧过程中的应用

浅谈双交叉限幅在加热炉燃烧过程中的应用发表时间：2018-10-08T12:22:00.130Z 来源：《防护工程》2018年第14期作者：李成新[导读] 在加热炉生产工艺系统中，燃烧控制是一个相当重要的环节，一方面要保证炉膛温度达到一定是数值李成新上海宝钢工业技术服务有限公司上海 201900摘要：在加热炉生产工艺系统中，燃烧控制是一个相当重要的环节，一方面要保证炉膛温度达到一定是数值，以满足炉内板坯轧制的要求，同时要考虑燃料的经济成本。

本文简述某工业炉在技术改造项目过程中，升级采用的双交叉限幅控制系统，在加热炉燃烧过程中的成功应用。

关键词：双交叉限幅；加热炉；燃烧控制1、加热炉改造前的工艺系统组成某轧制厂配置3座步进式加热炉，燃烧采用为天然气为燃料，设计提供的技术数据其低发热数值为33.821MJ/m3，，，根据冷、热装钢条件及加热钢种的不同，板坯在炉膛的加热时间、加热曲线以及热平衡效应均不一样。

该加热炉的有效长度为41.7米，设计分为4个工艺燃烧段，即：预热段、第1加热段、第2加热段、均热段。

加热炉上部采用大调节的平焰烧嘴与低NOx侧向烧嘴相结合的方式给加热炉供热，下部仅采用大调节的低NOx侧向烧嘴供热，这样确保了炉膛升温快、炉温均匀；燃烧火焰不直接冲刷炉料，氧化烧损少，而且有效利用炉底面积，增大了装钢容量。

在各个控制段顶部和侧面分别设置两支S分度号的热电偶，两支热电偶同时工作，分别将检测信号送给控制系统，由于加热炉的燃烧控制系统能够进行炉温自动控制，能够充分满足炉子对不同钢种及产品的变化以及板坯长度方向不同温度的要求，可以对钢坯实现灵活有效的加热，其控制工艺系统组成如图1所示：（以1个控制段为例）图1 加热炉一般工艺流程图改造前的加热炉燃烧自动调节采用单交叉限幅控制系统，主要包括热负荷、送风、引风三个调节回路。

其中，燃料量和送风量的比例是影响燃烧经济性的主要因素。

把加热炉炉膛温度加热到设计预定值，天然气作为加热炉的单一燃料，必须保证天然气的燃烧热值，因此，对天然气的流量控制是一个关键，如果天然气过剩，燃烧过程中多余的天然气会随燃烧尾气排放到大气中，而且多余的燃料容易在烟道内引起二次燃烧，甚至爆炸，既是一种危险又是一种浪费；如果天然气不足，则燃烧不能充分进行，无法使加热炉炉膛温度达到工艺设定值。

加热炉的控制方案探讨与研究

５炉膛容量较小，）即滞后不大。对于负荷侧的扰动，虽然感知较早，但是单回路的
经热传导、对流传递给工艺介质。所以与一般传热对象用串级控制系统则由于内回路的存在可以显著减小其相位的滞后，回路的动态品质外可以得到适当的提高对负荷侧扰动的抑制能力也有所，提高，但有一定的条件局限。系统构成中视扰动因素和加热炉型式选择不同的副变量，主要有：
收稿日期：０ —０ — ２８６００２
《动技应２０年７第１期自化术与用》０８第２卷１
经验交流
ＴｈｃｌＣｏｍｕｌａｔＳｅｃｎｉａｍｒｉｉｃｏｎ
经验交流
ＴｈｃａｅｃｎｉＩＣｏｍｍｕｃｔｓｎｉａｉｏｎ
《自动化技术与应用》２００８年第２７卷第１Ｉ期
加热炉的控制方案探讨与研究
李曼珍
（东华大学信息学院，上海２１２）０６０
摘要：加热炉是工业生产中广泛使用的加热设备。本文针对加热炉具有的纯滞后特性，分析讨论了几种控制方案的特点。重点分析了火滞后过程对象的补偿方法并提出了改进的措施。用ｆ真方法说明了几种因素对控制系统性能的影响和改进作用。７了关键词：加热炉；纯滞后；自适应；控制品质中图分类号：Ｐ０Ｔ２２文献标识码：Ｂ文章编号：０３７４（０８１＿０３０１０ — ２１２０）１０８ — ３
ＣｏｔＩｆｈｕｎｃｓｎｒｅＦａｅｏｏｔｒ

双闭环交叉限幅比值控制在锅炉加热控制系统上的应用_李贵娥

动态过程 , 使供浆量等于设定值 , 同时供风量符合最
佳燃烧风浆比。
图 4 双闭环交叉限幅比例控制
2.4 温度串级控制 [ 4] 工业锅炉通常需要将被加热媒介的出口温度控
制在恒定的温度。由于生产过程中被加热媒介的流量不可避免会出现波动 , 仅仅 “定烧 ”仍会出现出口温度较大偏差的情况。引入温度 PID控制回路到双闭环交叉控制中, 得到控制系统的总结构图 , 见图 5。当 PID控制器选为手动时 , 指定煤浆量设定值 , 进锅炉 “定烧 ” ;动态过程稳定后切换到自动 , 实现温度串级 -双闭环交叉限幅控制。
在仪表控制中 , 控制两种物料配比关系恒定 , 称
为比值控制。锅炉燃烧中的供风量 /供浆量比值控
制 , 采用双闭环交叉限幅比例控制算法。基本原理
是测量出当前供风量和供浆量 , 并根据最佳风浆比
Kfj计算出安全阀限 , 将安全阀限值交叉回馈 ,与设定值比较 , 比较结果作为最终的设定值 , 由执行机构输
重时会导致锅炉熄火停炉 ;供风量偏大 , 会带走大量热量产生冒白烟现象 , 达不到最大的燃烧热效率。在燃浆锅炉中 , 供风量与供浆量的比值称为风浆比 Kfj, 燃烧过程中 , 特别是在升负荷和降负荷的过程中 , 控制风浆比 Kfj的稳定显得特别重要。① 2 控制系统结构 [ 1] 2.1 PLC系统 [ 2]
图 1 系统控制结构图
PLC站与上位机之间采用 Profibus-DP总线结
图 3 浆量 PID控制回路 [ 3] ① 收稿日期 :2008-08-15(修改稿 )

双交叉限幅控制在加热炉燃烧控制系统中的应用_毕业设计论文[管理资料]

双交叉限幅控制在加热炉燃烧控制系统中的应用摘要本文主要研究鞍钢大型厂加热炉燃烧控制系统。

鞍钢大型厂加热炉为步进式加热炉，沿长度方向分为预热段、加热段、均热段三个加热段。

根据工艺要求可将加热炉检测和控制系统分为加热炉温度控制、检测系统，助燃空气、混合煤气管道压力控制、检测系统，汽化冷却控制系统等。

其中加热炉各段温度的优化设定和自动控制是主要控制目标。

设计中采用了双交叉限幅控制原理实现加热炉燃烧的自动控制，即以炉膛各段的温度作为调节信号，控制煤气调节阀的开度，以保证相应的燃烧所需煤气的量；同时以煤气流量作为调节信号，按最佳空燃比控制空气调节阀开度，保证相应的燃烧所需的空气量。

采用了双交叉限幅控制方式后提高了系统空燃比的稳定性，增强了炉温的控制效果，并且极大地减少了有害气体的对外排放，达到节能和环保的目的。

设计中采用美国AB公司的ControlLogix5000系列可编程控制器组成分散式控制系统，完成各工艺参数检测和控制，实现了加热炉计算机监控和数据采集，解决了加热炉燃烧过程普遍存在的能耗高，钢坯温度波动严重，温度控制不精确等问题。

关键词：加热炉，双交叉限幅，PLC控制器，温度控制The Application of Double Cross-Limit in the Control System ofReheating FurnaceAbstractThe main research of this paper is about the An Shan Iron and Steel Company large-scale factory reheating furnace combustion control system. The An Shan Iron and Steel Company Large-scale Factory reheating furnace is the walking beam reheating furnace, divides into the preheating station, the heating zone, the even heating station along the length direction. According to the technological requirements, the reheating furnace examination and the control system are divided into the reheating furnace temperature control, the examination system, the combustion air, the combination gas pipeline pressure control, the examination system, the vaporization cooling control system and so on. Each section of temperature optimized hypothesis and the automatic control in the reheating furnace are the primary controlling goals.The system has used the double-cross limit control principle realization reheating furnace burning automatic control. The system put each section temperature as the adjustment signal，controlled gas regulating valve opening, and guaranteed corresponding gas the quantity which burning needed. At the same time, put gas flow as regulating signal, control opening degree of air regulating valve according to the best burning ratio. After applying double-cross limit control mode, it can reduce the emission of noxious gas. It can also achieve the energy conservation and the environmental protection goal. Besides, it can improve the stability of air-fuel ratio and the effect of the furnace temperature controlling in the system.The system applies the Control Logix5000 series programmable controller composition distributed control system in American A-B Corporation to complete various crafts parameter examination and control and to monitor the computer and to collect the data. So the problem about the heating furnace combustion process is universal high, the billet temperature fluctuation is serious, the precision of temperature control and forth on are solved.Key words：Reheating furnace, double–cross limit, PLC, temperature control目录摘要 (I)1绪论 (1)步进式加热炉简介和工艺特点 (1) (1) (3)2加热炉的控制系统总体设计 (4) (4) (5) (6) (7) (7) (7)3加热炉燃烧控制系统设计 (8) (8) (8) (9) (11) (11)4计算机控制系统设计 (13) (13) (14) (14) (15) (16) (20) (20) (21) (22) (23)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录A（软件程序） (29)1绪论1.1 步进式加热炉简介和工艺特点加热炉是轧钢生产中的重要设备。

基于双交叉限幅PID_RBR的加热炉温度控制_陈友文

收稿日期:2010-01-26基金项目:国家高技术研究发展计划项目(2007AA041405);国家自然科学基金资助项目(60821063,60828007)·作者简介:陈友文(1964-),男,甘肃民勤人,东北大学博士研究生;柴天佑(1947-),男,甘肃兰州人,东北大学教授,博士生导师,中国工程院院士·第31卷第9期2010年9月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Vol .31,No .9Sep .2010基于双交叉限幅PID -RBR 的加热炉温度控制陈友文,柴天佑(东北大学流程工业综合自动化教育部重点实验室,辽宁沈阳　110004)摘要:针对蓄热式加热炉,由于炉气常处于剧烈的变化,使其炉膛温度控制系统,具有多变量、时变、非线性、耦合、大惯性和纯滞后等特性,因此当前对其控制主要还是靠手工操作·为此,设计了一个基于双交叉限幅PID -RBR 控制器的炉温控制系统,保证了系统具有良好的稳定性和鲁棒性·并将该控制系统成功应用于某钢铁公司中板工序,取得了良好的应用效果,使该加热炉节能13%,质量和产量保证率达100%·关　键　词:加热炉;炉温控制;RBR ;双交叉限幅PI D ;过程参数中图分类号:T P 273 文献标志码:A 文章编号:1005-3026(2010)09-1217-04Temperature Control of Regenerative Heating Furnace Based onDouble -Crossing Clipping PID -RBRCHEN You -wen ,CHAI Tian -you(Key L aboratory of Integrated Automation of P rocess Industry ,M inistry of Education ,Nor theastern U niversity ,Shenyang 110004,China .Correspo ndent :CHEN You -w en ,E -mail :cy wjyg @ )A bstract :The temperature control of regenerative heating furnace has a direct impact on steel qualities and energy consumption .Due to the frequent dramatic change in the gas in heating furnaces ,the furnace temperature control process is characterized w ith multi -variable ,time -v arying ,inherent nonlinearity ,variable coupling ,large inertia and dead time .For this reason ,it is mainly dependent on manual operation now ,a furnace temperature control sy stem is therefore designed via double -crossing clipping PID and RBR (rule -based reasoning )so as to ensure the high stability and robustness of the system .The proposed control system has been successfully applied to some steel plants with much benefit g ained ,e .g .,the energ y -saving rate of the heating furnace is 13%w ith the rate of output /quality reliability assurance up to 100%.Key words :heating furnace ;furnace temperature control ;rule -based reasoning (RBR );double -crossing clipping PID ;process parameter 随着钢材在市场中竞争的加剧,提高质量,降低消耗,提高生产率成为提高我国钢铁企业竞争力的关键[1-2]·另一方面,从高能耗带来的高成本角度来看,我国吨钢综合能耗是世界主要产钢国中最高的,与国际钢铁一般水平相比能耗高出30%以上[3]·因此,在保证安全生产的前提下,如何尽可能提高钢铁的质量,同时降低钢铁生产过程中的能耗是一个非常有经济意义的课题·在钢铁企业中,加热炉是把钢坯轧制成最终产品而对钢坯进行再加热的设备,以确保钢坯出炉温度达到顺利轧制所需的温度·加热炉能耗约占整个轧制过程的30%[4-5]·加热炉操控水平的高低直接影响钢铁产品的质量、产量、轧机设备寿命和能耗指标,以及整个生产线的作业率,最终影响企业整体效益[4]·因此,对加热炉的温度控制很重要·在满足质量要求和产量的前提下提高燃料利用率,实现最佳温度和燃烧控制,最大限度降低能耗是加热炉控制的任务[3-5]·加热炉是一个封闭的燃烧体,导致在封闭体中被控对象的参数无法直接检测;在这个燃烧体中炉气经常处于剧烈的变化中[5-6],是一个典型的复杂工业过程控制系统,具有多变量、时变、非线性、耦合、大惯性和纯滞后等特点,无论是建模还是控制都很困难[6-7]·本文针对蓄热式加热炉这一复杂过程,设计了一个基于案例推理双交叉限幅PID控制器的蓄热式加热炉温度控制系统·将双交叉限幅PID 和RBR(the rule-based reasoning———案例推理)方法相结合来解决加热炉温度控制中长期存在的不稳定性,保证系统良好的稳定性和鲁棒性·并将系统成功应用于某钢铁公司中板厂,取得了良好的应用效果·1　蓄热式加热炉工艺过程与控制现状1.1　工艺过程简介本文以蓄热连续推钢式加热炉为研究对象,沿炉长方向分为预热段、加热Ⅰ段、加热Ⅱ段和均热段;从供热角度,每段分为上下两区;一般预热段不供热·其运动过程包括上料、装料和出料·在加热炉的炉膛内,煤气与空气通过烧嘴后混合进行燃烧,产生大量的燃烧热来加热钢坯·炉膛内可以抽象成封闭的热辐射体系,其中燃烧和气体流动同时发生·这里换热问题很复杂,常伴有化学反应、燃烧、流体流动以及相变等过程的发生[4-5]·1.2　控制现状目前,加热炉在炉温控制方面,如图1所示,普遍采用温度、煤气和空气流量的串级双交叉限幅PID控制策略·流量控制回路的设定值由炉温调节器的输出给定,各PID回路相互独立·实际生产过程中,由于各炉温控制区炉温控制回路之间相互耦合、煤气热值不稳定、轧速不稳定和入炉钢坯温度不稳定等因素的影响,导致炉温PID控制超调严重,升降温速度慢,流量跟踪稳定性差·特别是在蓄热式加热炉中,由于周期性的换向,炉压周期性波动,造成温度常规控制经常不稳·虽有简单控制设计,实际仍然是手动操作[5-6,8],很难保证加热质量与产量,同时还造成较高能耗·图1　加热炉过程运行控制现状Fig.1　Existing control status of the operation for heating furnace1.3　控制任务针对蓄热式加热炉的控制现状以及存在的问题,对炉温采用六段供热控制,继续沿用双交叉限幅的燃烧控制;而控制模型在加热炉温度控制中运用双交叉限幅PID算法结合RBR(案例推理)方法[9],解决加热炉温度控制中长期存在的稳定性和鲁棒性问题,保证炉温控制的长期有效性·2　基于双交叉限幅PID-RBR炉温控制加热炉的工况参数会随着产量、各段炉温和温差等变化而变化,这使得传统的PID控制方法不再适用,本文将RBR与双交叉限幅PID控制方法相结合,根据历史生产数据,用RBR方法修正双交叉限幅PID控制器参数·控制系统结构图如图2所示·采用的PID离散增量式为Δu(k)=k p(e(k)-e(k-1))+k i d(k)+k d(e(k)-2e(k-1)+e(k-2)),(1)u(k)=u(k-1)+Δu(k)·(2)式中:u(k)为激励输出;k p为放大系数;k i为积分系数;k d为微分系数;e(k)为偏差;T为采样时间;k为节拍·图2　蓄热式加热炉温度控制结构Fig.2　Architecture of tem perature control systemfor regenerative heating furnace把过程参数作为工况描述参数x1,x2,…,x n,把以往成功的经验作为历史案例库,采用案1218东北大学学报(自然科学版) 第31卷例推理的方法,实现PID 系数的在线修改·每条案例记录包括工况描述X k 和相应的解Y k 可表示为[10-11]C k =(X k ,Y k )·(3)其中:k =1,2,…,p ,p 为案例总存储数;工况描述X k 和相应的解Y k 可分别表示为X k =(x 1,k ,x 2,k ,…,x n ,k ),(4)Y k =(y 1,k ,y 2,k ,…,y m ,k )·(5)其中,解y 1,k ,y 2,k ,…,y m ,k 的取值类型是数值·设当前的工况描述是X ={x i },其中,i =1,2,…,n ,它与每条案例记录C k 的相似度为sim (X ,C k )=∑ni =1εi 1-|x i -x i ,k |max (x i ,x i ,k )·(6)其中,εi 是加权系数,满足∑ni =1εi =1·(7)设相似度的阀值sim v ∈[0,1],经过图中的案例检索,设检索出的匹配案例个数为l ,这些匹配案例的相似度θk (k =1,2,…,l )为θk =sim (X ,C k ),k =1,2,…,l ·(8)其中,sim (X ,C k )≥sim v 是其约束条件·经过案例重用,当前的解Y ={y j }(j =1,2,…,m )可表示为y j =∑l k =1(θk ×y j ,k )∑lk =1θk ·(9)其中,y j ,k 是相应于匹配案例的解,按式(9)得到前n 个参数发生概率并将推理结果保存到案例库中·双交叉限幅选则的逻辑关系如下,L gsp =L A ,L asp =αL A ·(10)其中:L gsp 为煤气流量设定值;L asp 为空气流量设定值;L A 为流量控制值·1)当炉温处于稳定状态时,炉温调节器的输出与实际检测的煤气相等,空气流量是煤气的α倍·2)当加热炉实际温度低于设定时,调节器作用使L gsp 增大,此时L gsp 和L asp 要受实际流量的制约·L gsp =L A ,L A ≤L apv ×K B ÷α;L apv ×K B ÷α,L A >L apv ×K B ÷α;(11)L asp =L A ×α,L A ≤L gpv ×K D ;L g pv ×K D ×α,L A >L gpv ×K D ×α·(12)其中:L gpv 为煤气流量实际值;L apv 为空气流量实际值;K B 为煤气流量调节器高选系数;K D 为空气流量调节器高选系数·3)当蓄热式加热炉实际温度高于设定值时,温度调节器作用使L gsp 减少,此时L gsp 和L asp 同样要受到对方实际流量的制约·L gsp =L A ,L A ≥L apv ×K C ÷α;L gpv ×K C ÷α,L A <L apv ×K C ÷α;(13)L asp =L A ×α,L A ≥L g pv ×K E ;L gpv ×K E ×α,L A <L gpv ×K E ×α·(14)其中:K C 为煤气流量调节器低选系数;K E 为空气流量调节器低选系数·综上,蓄热式加热炉综合自动化整体算法如下:1)接受温度设定值,用式(1)～式(2)进行控制运算;2)限幅决策,用式(10)～式(14)计算双交叉限幅值;3)RBR 参数修正,用式(3)～式(9)对参数在线修正·3　工业现场应用3.1　系统建立研究实体是某钢铁公司中板厂的两座常规3段推钢式连续加热炉·系统操作员站采用HP 微型计算机,操作系统为w inXP ;系统服务器采用IBM 至强2.1,操作系统采用了UNIX ,交换机为思科29系列产品;实时数据库是info puls ;关系型数据库采用Oracle10i ·3.2　系统设计与测试应用软件设计采用M OXOC 平台软件来开发·MOXIDE 软件用于对MOXOC 控制器及I /O 信息的配置,MOXCOX 用于配置现场总线,MOXGRAF 用于对MOXOC 控制器的实时程序编制,MOXMOSAIC 用于画面制作及实时数据存储·1)对于温度控制程序设计,直接采用了类似式(1)～式(2)的MOXGRAF 中的功能块·2)对于限幅决策程序,采用了类似式(10)～式(14)的MOXGRAF 的算数、逻辑判断与比较功能块·3)RBR 参数修正程序设计,采用了MOXM OSAIC 用于画面制作及实时数据存储器,1219第9期陈友文等:基于双交叉限幅PID -RBR 的加热炉温度控制并通过MOXIDE 软件实现了与M OXGRAF 中过程变量的衔接·RBR 知识(案例)的获取是长期的积累过程,作为内部变量存储在MOXMOSAIC 一块专用区域内;在积累过程中用画面在计算机上开一个窗口,提示并由现场资深自动化技术人员进行案例重用·推理规则和式(6)～式(9)的计算通过M OXM OSAIC 的脚本构造并实现推理与计算·系统运行前确定相关系数如下:1)令各段空燃比初始系数范围为1.02～1.05,双交叉限幅系数为K A =K C =3,K B =K D =5·2)确定输入变量为1～6段炉温x 1,x 2,…,x 6;1～6段炉温温差x 7,x 8,…,x 12;1～6段燃气流量x 13,x 14,…,x 18;1～6段燃气流量变化率x 19,x 20,…,x 24;1～6段空气流量x 25,x 26,…,x 30;1～6段空气流量变化率x 31,x 32,…,x 36;炉子压力及压力变化率x 37,x 38;炉子热值及热值变化率x 39,x 40;换向、开进料炉门、开出料炉门x 41,x 42,x 43·前40个为数值型变量,后3个为状态变量·对于状态信号,换向x 41=1,否则为0;开门为1,否则为0·确定输出变量1～6段炉温PID 系数按顺序排列分别为:y 1,y 2,…,y 18,sim v =0.75·系统测试指标统计结果为模型计算误差在[-10,+10]℃内,单位能耗小于1.25kW ,出钢温度与目标温度偏差在[-10,+10]℃内,钢坯“黑印”和非“黑印”处心表温差小于30℃,钢坯长度方向“黑印”与非“黑印”处温差小于30℃,额定产量下标准坯的出炉钢温达到1250℃;电气设备投运率和功能投运度100%·这些指标都是该厂历史最好水平,并可节省13%的燃料·3.3　结果与分析系统2008年投入运行以来,系统运行稳定,达到了预期目标,产量和质量指标达到了100%·下面利用现场画面对温度控制情况做分析·一加热段2008年9月22日6∶30至14∶30运行状态如图3所示·其中6∶30至9∶35为自动控制,10∶05至11∶35为手动控制,其他时段为流量自动控制·从运行曲线上可以看出手动调节时温度变化从1176℃到1300℃,而自动调节时炉膛温度基本在设定值附近波动,相对而言比较稳定·二加热上段2008年9月22日11点至18点运行状态如图4所示,采用的都是流量自动控制方式·从运行曲线上可以看到煤气流量在允许偏差范围内随设定值变化,但在煤气流量相对稳定的情况下炉膛温度有较大波动,这主要是由于没有温度环的控制炉膛温度在生产节奏等因素干扰下发生了变化·图3　一加热段运行状态图Fig .3　R unning state in heat -up sectionⅠ图4　二加热上段运行状态图Fig .4　Running s tate in upper part of heat -up s ection Ⅱ综上所述,温度自动调节在正常生产情况下能够满足蓄热式加热炉温控功能要求·类似的调试经验与对问题的处理方法是构成RBR 的基础·4　结论本文针对蓄热式加热炉温度变化,存在的测量困难,具有多变量、时变、非线性、耦合、大惯性和纯滞后等特性这一复杂的工业过程,成功设计了一个基于双交叉限幅PID -RBR 控制器的蓄热式加热炉炉温控制系统·该系统被成功应用于国内某钢厂的蓄热式加热炉炉膛温度控制中,运行稳定,鲁棒性好·使该加热炉取得了节能13%,质量和产量保证率达100%的良好效果·(下转第1229页)1220东北大学学报(自然科学版) 第31卷通过构建具有固定带宽约束限制的一类复杂网络交通流模型,仿真模拟出不同带宽下网络的负载能力变化,发现带宽相对大的网络中网络负载能力相对较大,并且网络负载能力随着带宽限制的增加而大幅度降低·依照复杂网络的交通动力学理论,结合BA scale-free网络的拓扑特点,分析了带宽约束对于复杂网络交通中网络负载能力变化的原因·从中可以看出,尽可能地加大带宽对网络交通流的通畅具有至关重要的意义·本文所采用的网络交通模型虽然更加接近于Internet等信息传递网络,但所得到的结论对于具有传递功能的其他网络交通问题的研究同样具有重要的意义·文中α变化涉及路由算法本身一些特性,并不是本文讨论重点,故在此未对α变化加以讨论·参考文献:[1]Barabási A L,Albert R.Emergence of scaling in randomnetw ork s[J].Scienc e,1999,286:509-512.[2]Albert R,Barabás i A L.S tatistical mechanics of complexnetw orks[J].Reviews of Modern Physics,2002,74:47-97.[3]New man M E J.The structure and function of complexnetworks[J].S IA M Review,2003,45:167-256.[4]Hao B B,Yu H,Jing Y W,et a l.On synchronizabil ity andheterogeneity in unw eighted netw orks[J].Physica A—S tatistica l Mechanics and Its App lications,2009,388:1939-1945.[5]Ohira T,Sawatari R.Phase transition in a compu ter netw orktraffic model[J].Physical Review E,1998,58:193-195.[6]Hu M B,W ang W X,Jiang R,et al.Phas e transition andhysteresis in scale-free netw ork traffic[J].Physical ReviewE,2007,75:036102.[7]Pablo E,Jesús G G,Yamir M.Improved routing strategiesfor Internet traffic 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环形加热炉炉温控制系统的研究与设计

环形加热炉炉温控制系统的研究与设计摘要：钢铁工业的发展，无缝钢管的应用越来越广泛。

环形炉加热炉的应用也得到了很好的发展。

无缝钢管的热轧生产线上重要的热工设备就是环形加热炉，其加热质量直接关系到钢管的质量，其氧化结烧和能耗直接关系到钢管的成本，其设备状况与操作水平直接关系到钢管的产量，所以无缝钢管生产的关键就是保证环形炉处在最佳生产状况。

然而，环形加热炉中的重中之重则是加热炉炉温的自动控制。

关键词：环形加热炉；PLC；模糊PID控制；环形加热炉作为轧钢生产线的关键能耗设备，炉温控制水平直接影响能耗、烧损率、废钢率、产量、质量等指标。

其燃烧控制系统是通过控制煤气和空气的流动来调节燃烧过程，以确保炉内温度稳定在设定值，并且波动不超过允许偏差，以确保管被均匀加热到满足要求的温度。

本设计是对环形加热炉炉温的控制，通过制采用串级双交叉限幅控制方式实现。

串级双交叉限幅控制系统中，燃料、空气流量值相互设定，从而保证了空燃比最优，达到了炉温恒定的目的。

在串级双交叉限幅控制系统基础上，加入PLC及PID控制算法，可基本实现对加热炉炉温的平稳控制，同时依靠组态界面实现对加热炉实时监控。

一、环形炉工艺流程环形炉总体为圆环形，环形炉由可以转动的炉底部分．固定的炉顶和内、外炉墙部分构成的环形隧道所组成。

环形炉借助炉底的旋转，使放置在炉底上的坯料由装料口沿环形隧道移出到出料口，并在移动过程中分段连续加热管坯。

环形炉装炉和出炉使用各自专门的夹钳，每装、出一次坯料(一根)炉底转动1个角度，然后又装、出下一次坯料，装炉和出炉同时进行，通过与炉底转动装置的联锁，可实现自动装、出料。

环形炉结构上没有明显的分段，主要靠烧嘴的配置和供热强度调整来控制温度，各段的供热长度也并不固定，为了使形型炉温度的控制与调整有较大的灵活性，环形炉可以分为几个供热段，具体段数依环形炉大小和加热要求而定。

环形炉每一段有单独的燃气管和空气管，可以单独调节燃料和空气供应量，总体供热能力按120％配置。

交叉限幅控制原理与应用

1 燃烧控制理论燃烧控制是加热炉最重要的控制系统。

在燃料和空气都不过量的情况下，即达到合适的空燃比，加热温度才能达到最大值，才能保证加热炉的热效率最高。

交叉限幅实际上是一个具有两个并联回路的串级调节系统，炉出口温度作为主回路，燃料气和空气流量回路并联作为副回路。

简谈加热炉双交叉限幅燃烧控制系统工作原理_唐洁

简谈加热炉双交叉限幅燃烧控制系统工作原理唐　洁南京上海梅山(集团)有限公司基建设备处　南京:2100391　前　言实践证明工业窑炉如热轧加热炉的燃烧过程空气过剩率控制在 1.02～ 1.1的范围内,以达到最佳燃烧。

但随着热负荷的变化,燃烧受到干扰,难以保证加热炉的合理燃烧,而采用双交叉限幅法,则提高了过渡空燃比的控制能力,提高了燃烧效率,节省燃料,防止冒黑烟,进一步改善系统动态响应特性,最终保证加热炉生产稳定,减少了氧化铁皮的损失,提高了产品质量。

为此,我们将对该系统进行扼要阐述、析分。

下面就典型的热轧以步进梁式加热炉为例作介绍。

2　典型加热炉的工艺流程介绍典型的热轧步进梁加热炉,如梅山热轧板厂加热炉。

分8段:预热段上、下部;加热Ⅰ段上、下部;加热Ⅱ段上、下部;均热段上、下部。

连铸板坯由输入辊道运送到加热炉前,推钢机推入加热炉沿步进梁逐步前进经各段预热、加热、均热达到轧制目标温度完成全过程,用出钢机从炉内托出。

为利用余热烟道中设置了热交换器,空气、煤气经过热交换。

使助燃空气由常温换热成550度,混合煤气换热至350度。

所以梅山热轧加热炉属于节能型加热炉。

3　双交叉限幅系统工作原理3.1　有关参数说明在燃烧控制系统中,空/燃比率给定后,在操作上直接给定空气过剩系数_是方便的。

一般说,在燃料和空气流量测定范围的关系中,当空气过剩系数已给定时,还必须根据测定范围进行补偿。

空气过剩系数_=FA /(FF *CA )CA ——单位燃料必须的理论空气量FA ——空气流量FF ——燃料流量在DDCS 的比值器上设定空气过剩系数_,利用选择区段上给定测量范围给定补偿系数UU =CA *FF (MA X )/FA (M AX )K 1、K 3——限幅偏置值,用空气流量的脉动防止燃料流量激剧变化,改善控制响应特性K 2、K 4——限幅偏置值,用燃料流量的脉动防止空气流量激剧变化,改善控制响应特性。

3.2　系统说明 (1)在控制系统中,炉温调节器TC —1的输出信号A 与实测空气流量F A 计算出的信号B =[(100-K 3)/100]*[FA /(U *_)]相比较,由高选HIGH 选中高者为其输出C 。

分析加热炉交叉限制复杂控制方案的设计

分析加热炉交叉限制复杂控制方案的设计加热炉的加热过程涉及到空气侧、燃料侧以及工艺侧等各方面交叉限制的复杂控制,即工艺装置的操作稳定性直接取决于被加热物料加热的效果,加热炉的环保节能效果与燃烧效率取决于加热过程所需要的空气与燃料总量及配比,而在降温或升温加热炉时,其燃料侧与空气侧的联动控制方案则直接影响到加热炉的安全运行与稳定性。

一、加热炉交叉限制控制方案设计以A炉为例,即上图。

设计加热炉的交叉限制复杂控制方案的主要目的包括两方面,其一是通过交叉限制空气侧与燃料侧,使得尽量减少加热炉所需要消耗的燃料,同时合理对燃料与空气进行配比,从而对燃烧过程中的安全与平稳加以保证,也就是平稳运行、节能降耗的目的,其二是借助自动控制功能,使得加热炉管内的工艺物料能够平稳地到达设计的温度,这方面是工艺的核心要求。

(一)工艺侧设计加热炉炉膛结构、燃烧器布置与型式、炉管的尺寸、长度、走向等决定了工艺侧加热炉炉管的体积。

加热炉管中进入工艺物料后,通过有效被加热区域,而后完成加热操作于加热炉管的出口位置。

以有效加热段长度与物料的流速为依据,就能够推算得到物料被加热的时间。

同时根据入口处物料的操作密度、操作温度与操作压力以及被加热段的尺寸,就能够推算得到物料在有效被加热段中的质量。

所谓加热操作就是指在被加热时间段以内,在炉管入口处把工艺物料的温度提高到满足工艺要求的出口温度。

由于工艺物料温度提升到某个点所需要热量基本上是个固定值,其中的热量则是由加热炉燃烧燃料提供的,又因燃料的单位燃烧热量值也是个固定值,因此燃料质量与所产生的热量值是能够对应推算得到的,同时被加热时间也是能够控制的,故能够对所需要燃料的流量质量进行推算。

由此可知,在对加热炉工艺侧进行控制方案设计时,可以通过所需要燃料流量质量与工艺物料在炉管出口处的温度情况的相应关系来获取加热炉工艺侧控制设计所需要的数据。

一般情况下,在加热炉操作过程中,还需要专业操作人员根据实际情况来确定最终的对应数据。

加热炉温度控制系统研究和分析

加热炉温度控制系统研究和分析摘要：温度是工业对象中主要的被控参数之一，工业中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的处理温度要求严格控制，随着科学技术的发展，人们需要对各种加热炉，热处理炉，反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。

采用单片机来控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且还可以大幅降低资源利用和节约成本。

本文设计了一种基于单片机的温度测量和控制装置，能对环境温度进行测量，并能根据温度给定值给出调节量，控制执行机构，实现调节环境温度的目的。

关键字：温度控制温度传感器1、整体方案论述对于炉温控制，进行系统设计时有以下主要问题需要考虑：1)炉温变化规律的控制：即炉温按预定的温度——时间关系变化；2)温度控制范围：涉及到测温元件即温度传感器的选择、炉功率的选择等；3)控制精度、超调量等指标：这涉及到A/D转换精度、控制规律选择等；4)系统中应加入适当的高温保护电路避免温度过高导致控制系统不能正常工作。

控制系统控制框图如图1所示：原理说明：通过单片机定时对炉温进行检测，经A/D转换芯片得到相应的数字量，经过计算机进行数据转换，得到应有的控制量，去控制加热功率，从而实现对温度的控制。

采样过程中，单片机将检测到的温度信息与设定值进行比较，如果不相符，数字调节程序根据给定值与测得值的差值设计控制算法，触发程序根据控制量控制执行单元。

如果检测值高于设定值，则启动制冷系统，降低环境温度；如果检测值低于设定值，则启动加热系统。

图1 控制系统框图2、控制系统设计2.1软件设计模块本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。

主程序的任务是对系统进行初始化，实现参数输入，并控制电加热炉的正常运行。

主程序主要由系统初始化、数据采集及处理、智能推理等部分组成。

系统初始化包括设置栈底、工作寄存器组、控制量的初始值、采样周期、中断方式和状态、定时器的工作方式等。

数据采集及处理主要包括实时采集电加热炉的炉温信号，计算出实际炉温与理想值的差值以及温差的变化率，并对炉温信号进行滤波和限幅处理。

加热炉设备的控制方案设计探析

加热炉设备的控制方案设计探析摘要：加热炉是工业生产部门最重要的设备工具之一，它具有高耗能的特点。

对加热炉进行理想的设备控制，不仅可以促进工业生产部门的经济效益，而且可以节约能源，改善我国的生态环境，实现经济与资源、环境的可持续发展。

本文即详细阐述了加热炉设备的控制方案设计要点。

关键词：加热炉设备；控制方案；出口温度；燃烧过程；调节阀一、加热炉设备概述加热炉是炼油化工装置中最为常见的热源设备，用于向反应器、精馏塔等大型设备内的物料提供热量。

被加热物料流经加热炉炉管时，加热炉膛内燃烧火焰产生的巨大热量，通过辐射和对流的方式将炉管内的物料加热升温。

整个加热操作过程同时涉及加热炉的工艺侧(Process Side，炉管内物料)、燃料侧(Fuel Side，通常为燃料气或燃料油)以及空气侧(Air Side，强制通风)的交叉限制(Cross-Limiting)复杂控制。

被加热物料的加热效果会直接影响到工艺装置操作的稳定性；加热所需的燃料和空气总量及配比直接关系到加热炉的燃烧效率和环保节能效果；加热炉进行升温或降温操作时，空气侧与燃料侧的联动控制方案对加热炉的稳定及安全运行具有重要意义。

二、加热炉的典型流程设计方案根据国家相关的标准规范，为了满足尽量高的热效率，达到节能环保的目的，加热炉流程设计中通常都有余热回收系统。

强制通风的加热炉余热回收系统通常包括: 1台引风机、1台鼓风机、1台热管空气预热器、1台蒸汽/空气预热器、1根独立的烟囱和若干余热回收管线等。

高温烟气通过热管空气预热器对空气进行加热，以达到降低排放烟气温度，提高热效率的目的。

自然通风的加热炉余热回收系统通常只包括1台汽包(余热锅炉)、1根独立的烟囱和若干余热回收管线等。

高温烟气通过加热汽包产生蒸汽供装置使用，同时达到降低排放烟气温度，提高热效率的目的。

由于自然通风的加热炉空气侧没有进风控制可言，因此加热炉的交叉限制控制方案只适用于强制通风的加热炉。

加热炉论文

加热炉串级控制系统摘要本设计是加热炉串级控制系统的设计方案，利用MATLAB中的Simulink进行系统仿真，并采用临界比例度法进行参数的整定，最终完成符合实际要求的加热炉串级控制系统的设计方案。

关键词：加热炉串级控制系统主控制量临界比例度1序言在大多数情况下，简单控制系统由于其自身需要的自动化仪表少，设备投资少，维护、投运简单，同时，生产实践证明它能解决大量的生产控制问题，满足定值控制的要求，因此，简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、最基本、应用最广的一种形式，约占自动控制系统的90%左右。

但是，针对不同的生产过程为满足其生产过程的生产工艺、生产参数的不同要求，简单控制系统已不能满足生产要求，所以相继出现了各种复杂控制系统，例如，串级控制系统，前馈控制系统，纯滞后补偿控制系统和解耦控制系统等。

在各种复杂控制系统中，串级控制系统占有较大比重。

串级控制系统是在简单控制系统的基础上发展起来的，为双闭环或多闭环控制系统。

串级控制系统可以应用于容量滞后较大的对象，纯滞后较大的对象，扰动变化激烈而且幅度大的对象和参数互相关联的对象。

工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。

加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。

在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。

从实际工程可知，加热炉出口温度的控制系统中的温度属于容量滞后较大的对象，为了提高控制质量，采用串级控制系统，选择滞后较小的炉膛温度为副参数，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统。

运用副回路的快速作用，将有效地提高控制质量，可以满足生产要求。

为此设计以串级控制为基础的加热炉串级控制系统，对该生产过程有积极意义。

2加热炉串级控制系统分析2.1加热炉串级控制系统的描述加热炉温度控制系统如图1所示，原料在加热管中从入口到出口过程中被加热到指定的温度。