PID自动控制技术的应用
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德愿羧黎
Ｐ Ｉ Ｄ￣ ｉ 动控制技术的应用
李韬 华菱湘钢炼铁 厂 湖 南湘潭 ４ １ １ １ ０ １
【 摘娶ｌ烧结５ ６ ｏ ｍ 烧结机点火炉＇ 基于Ｐ Ｉ Ｄ 自 动控制技术， 利用点火 烧 结点火炉有两 个作用： 一 是将台车表 面混合料 中的燃料点燃 ， 并 炉膛检 测的点 火温度 ， 通过对 煤气、 空气管道改造 ， 实现 烧结机点火炉温 在抽 风的作用下继 续往下燃烧 产生高温 ， 使 烧结过 程得以 正常进行 ， 二 度 控制模 型， 达到降低 煤气消耗 的节能减排 目 标。 是 向烧结 料层表面补充一定热量 ， 以利产生 熔融液相 ， 使之 粘结成 具有 【 关 键词 】节能减排 ； Ｐ ｌ Ｄ 控制 ； 点 火炉； 快截阀； 调节阀； 点火模 型； 定 强度的烧 结 矿， 点火参 数包括 点火温 度、 点火 时 间、 点 火热 量、 点
定值 经比例环节 的控制运算后 得到 ， 再 与空气流量 测景值进行 比较 ， 经 过Ｐ Ｉ 运算 ， 输 出控制信号给 空气流量调节 阀， 调 节空气流 量。
圈Ｉ
图中ｓ ｐ（ ｔ ） 是给定 值， ｐ ｖ（ ｔ ） 为反馈量 ， Ｃ（ ｔ ） 为系统的输 出量 ， Ｐ Ｉ Ｄ 控制 器的输入输 出关 系式 为：
பைடு நூலகம்
“ 十二五 ” 节能 减排 约束性 目标 ， 促进 经济发展 方式转 变 ， 建设 资源节 约 型、 环 境 友 好型 社会 ， 增 强可持 续 发 展能 力 ， 企业 必 须采 取 有 效措 施， 保证 国家节 能减排 目标的实现 。 近几年 ， 国内外 烧结点火技 术发 展迅 速， 点火 热耗 大幅度降 低 ， 全 国各钢 铁 企业 对烧 结点 火炉不 仅在结 构上 ， 而且在 控制 上都采 用 了新 技术， 这些技术 的应用， 对 降低点火炉 煤气消 耗起到 了积极 地作用 。 ２ ． Ｐ Ｉ Ｄ 控制器 ２ ． １ Ｐ Ｉ Ｄ 控制原理 Ｐ Ｉ Ｄ 控制应 用范 围广＇ 使用 灵活 ， 已有系列化产 品， 虽然很 多工业过 程 是非 线性 或 时变的 ， 但通 过对 其简化可以变 成基 本线 性和 动态特 性 不 随时 间变化的系统 ， 这样Ｐ Ｉ Ｄ 就可控 制 了 ａ 其次， Ｐ Ｉ Ｄ 参数 较易整定 ， 其 参数 Ｋ ｐ ， Ｔ ｉ 和Ｔ ｄ 可以根 据过 程的动 态特性 及时整定 。 如果过程 的动 态 特性 变化 ， 例如可能 由负载的变化 引起 系统动态 特性 变化 ， Ｐ Ｉ Ｄ参数 就可 以重新整定 。 典 型的Ｐ Ｉ Ｄ 模型控制 系统 如图１ 所示 。
一
施耐德Ｐ Ｌ ｃ
火深度等 ， 这些参数合适 与否对烧 结生产来说至关 重要。 ３ ． ２ 点火 炉控制模型
１ ． 篱 言 ３ ． ２ ． １ 国内点火炉 燃烧 控制普 遍采用以下 三种 控制模 式 ： 基于炉膛 在 国家 “ 十二五” 规 划 中， 把 能 源消 耗 降低 和主 要污 染 物 排 放总 温度 的煤 空比例 串级 控制模 式 ； 单位 时 间单位 面积 所提供 热 量的点火 量减 少确 定为 国民经济 和社会 发 展的 约束性指 标 ， 节 能减 排作 为调整 强度控制模 式 ， 基于煤气量设 定值的煤空比例控制 模式 ， 这 些控制均在 经济结 构 、 加 快转 变 经济发 展方 式的 重要方 向和 突破 口。 为确保 实现 上位机上实现调节控制 。
Ｐ ｗ： 台车宽度 （ ｍ）
３ ． ２ ． ３ 点火温 度煤空气 比例串级控制 操作人员在Ｃ Ｒ Ｔ画面上设 定点 火炉温 度控制 的指标 值 ， Ｐ Ｌ Ｃ 根 据 该 设定值和点火 炉温度 的测 量值进行Ｐ Ｉ Ｄ 控 制运算 ， 其控制输 出作为煤 气流量 调节单 元的设 定值 。 空气流 量调 节单元的 设定值 由煤气流量 设
暖 懑 衰
医 鼋
《篡
控 制方式 。 控 制对象 的惯 性滞后较大 时， 应选 择Ｐ Ｉ Ｄ 控制方式 。 圉２ ２ ． ２ Ｐ Ｉ Ｄ 控制模式 点火 炉温度设计 参数标 准 ＜１ ４ ０ ０ ＂ （ ２ ， 实际控制范 围１ ０ ５ ０ ＋１ ０ ０ ￣， 实 可编 程序 控 制 器对 模 拟量 进行 Ｐ Ｉ Ｄ 控制 时， 可 以采用 以下 三种 方 际温 度与设 定温 度相比小于２ Ｏ 度， Ｐ Ｉ Ｄ￣ Ｌ 例调 节系数Ｐ 为０ ． ０ １ ， Ｐ Ｉ Ｄ 比例
３ ． ２ ． ２ 点火温 度控 制 ， 即台车 单位面 积燃烧 所需 热量 ， 其 对应的煤 气耗量作为煤气流 量调节单元的煤气流量设定值 进行点火 燃烧控制 。
Ｆｓ ＝ ＴｋｘＰ５ｘＰｗ ｘ６ ０
Ｆ Ｓ ： 煤气流 量设定值 （ ｍ ｈ ） Ｔ ｋ ： 点火 强度设 定值 （ ｍ３ ／ ｈ ） Ｐ ５ ： 台车速度 （ ｍ／ ｍｉ ｎ ）
法： Ｐ Ｉ Ｄ 过程 控制模块 、 自 编的程 序实现Ｐ Ｉ Ｄ 闭环 控制和Ｐ Ｉ Ｄ 功能指 令。 调节 系数 为０ ． １ ， Ｐ ｌ Ｄ 调 节阀门开度， 其中Ｓ Ｐ 为温度设定值 ， ｂ 温 度测 该控 制过程 就是 将煤气 、 空气调节 阀门进行控 制。 其 系统控制 如 烧结３ ６ ０ Ｍ 烧 结机 点火 炉系 统采 用施耐 德Ｐ Ｌ Ｃ 的Ｐ Ｉ Ｄ 功能 指令 ， 量值 ， 它们 实际上是用于Ｐ Ｉ Ｄ 控制 的子程序 ， 与模 拟量输 入／ 输 出模块 一起使 图 ２ ： 用， 可 以得 到类 似于 使 用Ｐ Ｉ Ｄ 过 程 控制 模 块 的效 果 ， 而且 价 格便 宜得 ４ ， 基于Ｐ Ｉ Ｄ 控制的点火炉系统改造 多。 ４ ． １ 点火炉本 体设备 改造 点 火炉系统 的设 备主要 有 ： 点火 炉、 保温 炉、 煤气调节 阀 、 煤气 的 ３ ， 点 火炉 ３ ． １ 点火炉 作用 快 速截 断 阀门 、 空气调 节 阀、 测温 仪 器和测 量 压力 仪器 等。 一烧 结 点 煤 气管道ｓ ３ ５ ０ ｍｍ， 调节 阀Ｗ １ ２ ２ ２ ０ Ｋ 快 截 阀 烧结 是在含铁原 料中加入熔 剂 （ 白云石 、 白灰、 石灰石） 和燃料 （ 焦 火炉 改造 后 设备 采用 ： 粉 或无烟 煤粉） 经点火炉点火 ， 在抽风 的作用下’ 生 成一定 的液相， 把 各 Ｗ７ ３ ２ ２ ０ 、 检测 压力点２ 个Ｉ 空气管￣ｓ ５ Ｏ Ｏ ｍｍ， 快截 阀Ｗ７ ３ ２ ２ ０ 、 检测 压 （ ＞ ＞下转第 ９ ９ 页） 种 颗粒粘 接在一起 ， 冷却后生成 烧结矿 的过程 。
Ｍ （ （ｔ ＝ Ｉ Ｃ ｃ （ ｃ＋ ｄ ＋Ｔｎ 矗 ｜ ｄｒ ）＋ Ｍ
即输 出： 比例 项 ＋ 积分项 ＋ 微分项 ＋ 输出的初始 值， 式 中， Ｍ
（ ｔ ） 是 控制器 的输出 ， 误 差信号ｅ（ ｔ ） ＝ ｓ ｐ（ ｔ ） —ｐ ｖ（ ｔ ） ， 是 回路输 出的 初始 值 ， Ｋｃ 是Ｐ Ｉ Ｄ回路 的增益 ， Ｔ Ｉ 和Ｔ Ｄ 分 别是积 分时 间常 数和 微 分时 间常数。 式 中等号 右边 前３ 项分 别是 比例 、 积 分， 微分 部 分， 它们分 别与误 差、 误 差的积水 和微分成 正比。 如果取其 中的一项或 两项 ， 可以组成 Ｐ 、 Ｐ Ｄ 或Ｐ Ｉ 控制器。 需 要较好 的动态品质和较 高的稳 态精度时， 可以选用Ｐ Ｉ
Ｐ Ｉ Ｄ￣ ｉ 动控制技术的应用
李韬 华菱湘钢炼铁 厂 湖 南湘潭 ４ １ １ １ ０ １
【 摘娶ｌ烧结５ ６ ｏ ｍ 烧结机点火炉＇ 基于Ｐ Ｉ Ｄ 自 动控制技术， 利用点火 烧 结点火炉有两 个作用： 一 是将台车表 面混合料 中的燃料点燃 ， 并 炉膛检 测的点 火温度 ， 通过对 煤气、 空气管道改造 ， 实现 烧结机点火炉温 在抽 风的作用下继 续往下燃烧 产生高温 ， 使 烧结过 程得以 正常进行 ， 二 度 控制模 型， 达到降低 煤气消耗 的节能减排 目 标。 是 向烧结 料层表面补充一定热量 ， 以利产生 熔融液相 ， 使之 粘结成 具有 【 关 键词 】节能减排 ； Ｐ ｌ Ｄ 控制 ； 点 火炉； 快截阀； 调节阀； 点火模 型； 定 强度的烧 结 矿， 点火参 数包括 点火温 度、 点火 时 间、 点 火热 量、 点
定值 经比例环节 的控制运算后 得到 ， 再 与空气流量 测景值进行 比较 ， 经 过Ｐ Ｉ 运算 ， 输 出控制信号给 空气流量调节 阀， 调 节空气流 量。
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图中ｓ ｐ（ ｔ ） 是给定 值， ｐ ｖ（ ｔ ） 为反馈量 ， Ｃ（ ｔ ） 为系统的输 出量 ， Ｐ Ｉ Ｄ 控制 器的输入输 出关 系式 为：
பைடு நூலகம்
“ 十二五 ” 节能 减排 约束性 目标 ， 促进 经济发展 方式转 变 ， 建设 资源节 约 型、 环 境 友 好型 社会 ， 增 强可持 续 发 展能 力 ， 企业 必 须采 取 有 效措 施， 保证 国家节 能减排 目标的实现 。 近几年 ， 国内外 烧结点火技 术发 展迅 速， 点火 热耗 大幅度降 低 ， 全 国各钢 铁 企业 对烧 结点 火炉不 仅在结 构上 ， 而且在 控制 上都采 用 了新 技术， 这些技术 的应用， 对 降低点火炉 煤气消 耗起到 了积极 地作用 。 ２ ． Ｐ Ｉ Ｄ 控制器 ２ ． １ Ｐ Ｉ Ｄ 控制原理 Ｐ Ｉ Ｄ 控制应 用范 围广＇ 使用 灵活 ， 已有系列化产 品， 虽然很 多工业过 程 是非 线性 或 时变的 ， 但通 过对 其简化可以变 成基 本线 性和 动态特 性 不 随时 间变化的系统 ， 这样Ｐ Ｉ Ｄ 就可控 制 了 ａ 其次， Ｐ Ｉ Ｄ 参数 较易整定 ， 其 参数 Ｋ ｐ ， Ｔ ｉ 和Ｔ ｄ 可以根 据过 程的动 态特性 及时整定 。 如果过程 的动 态 特性 变化 ， 例如可能 由负载的变化 引起 系统动态 特性 变化 ， Ｐ Ｉ Ｄ参数 就可 以重新整定 。 典 型的Ｐ Ｉ Ｄ 模型控制 系统 如图１ 所示 。
一
施耐德Ｐ Ｌ ｃ
火深度等 ， 这些参数合适 与否对烧 结生产来说至关 重要。 ３ ． ２ 点火 炉控制模型
１ ． 篱 言 ３ ． ２ ． １ 国内点火炉 燃烧 控制普 遍采用以下 三种 控制模 式 ： 基于炉膛 在 国家 “ 十二五” 规 划 中， 把 能 源消 耗 降低 和主 要污 染 物 排 放总 温度 的煤 空比例 串级 控制模 式 ； 单位 时 间单位 面积 所提供 热 量的点火 量减 少确 定为 国民经济 和社会 发 展的 约束性指 标 ， 节 能减 排作 为调整 强度控制模 式 ， 基于煤气量设 定值的煤空比例控制 模式 ， 这 些控制均在 经济结 构 、 加 快转 变 经济发 展方 式的 重要方 向和 突破 口。 为确保 实现 上位机上实现调节控制 。
Ｐ ｗ： 台车宽度 （ ｍ）
３ ． ２ ． ３ 点火温 度煤空气 比例串级控制 操作人员在Ｃ Ｒ Ｔ画面上设 定点 火炉温 度控制 的指标 值 ， Ｐ Ｌ Ｃ 根 据 该 设定值和点火 炉温度 的测 量值进行Ｐ Ｉ Ｄ 控 制运算 ， 其控制输 出作为煤 气流量 调节单 元的设 定值 。 空气流 量调 节单元的 设定值 由煤气流量 设
暖 懑 衰
医 鼋
《篡
控 制方式 。 控 制对象 的惯 性滞后较大 时， 应选 择Ｐ Ｉ Ｄ 控制方式 。 圉２ ２ ． ２ Ｐ Ｉ Ｄ 控制模式 点火 炉温度设计 参数标 准 ＜１ ４ ０ ０ ＂ （ ２ ， 实际控制范 围１ ０ ５ ０ ＋１ ０ ０ ￣， 实 可编 程序 控 制 器对 模 拟量 进行 Ｐ Ｉ Ｄ 控制 时， 可 以采用 以下 三种 方 际温 度与设 定温 度相比小于２ Ｏ 度， Ｐ Ｉ Ｄ￣ Ｌ 例调 节系数Ｐ 为０ ． ０ １ ， Ｐ Ｉ Ｄ 比例
３ ． ２ ． ２ 点火温 度控 制 ， 即台车 单位面 积燃烧 所需 热量 ， 其 对应的煤 气耗量作为煤气流 量调节单元的煤气流量设定值 进行点火 燃烧控制 。
Ｆｓ ＝ ＴｋｘＰ５ｘＰｗ ｘ６ ０
Ｆ Ｓ ： 煤气流 量设定值 （ ｍ ｈ ） Ｔ ｋ ： 点火 强度设 定值 （ ｍ３ ／ ｈ ） Ｐ ５ ： 台车速度 （ ｍ／ ｍｉ ｎ ）
法： Ｐ Ｉ Ｄ 过程 控制模块 、 自 编的程 序实现Ｐ Ｉ Ｄ 闭环 控制和Ｐ Ｉ Ｄ 功能指 令。 调节 系数 为０ ． １ ， Ｐ ｌ Ｄ 调 节阀门开度， 其中Ｓ Ｐ 为温度设定值 ， ｂ 温 度测 该控 制过程 就是 将煤气 、 空气调节 阀门进行控 制。 其 系统控制 如 烧结３ ６ ０ Ｍ 烧 结机 点火 炉系 统采 用施耐 德Ｐ Ｌ Ｃ 的Ｐ Ｉ Ｄ 功能 指令 ， 量值 ， 它们 实际上是用于Ｐ Ｉ Ｄ 控制 的子程序 ， 与模 拟量输 入／ 输 出模块 一起使 图 ２ ： 用， 可 以得 到类 似于 使 用Ｐ Ｉ Ｄ 过 程 控制 模 块 的效 果 ， 而且 价 格便 宜得 ４ ， 基于Ｐ Ｉ Ｄ 控制的点火炉系统改造 多。 ４ ． １ 点火炉本 体设备 改造 点 火炉系统 的设 备主要 有 ： 点火 炉、 保温 炉、 煤气调节 阀 、 煤气 的 ３ ， 点 火炉 ３ ． １ 点火炉 作用 快 速截 断 阀门 、 空气调 节 阀、 测温 仪 器和测 量 压力 仪器 等。 一烧 结 点 煤 气管道ｓ ３ ５ ０ ｍｍ， 调节 阀Ｗ １ ２ ２ ２ ０ Ｋ 快 截 阀 烧结 是在含铁原 料中加入熔 剂 （ 白云石 、 白灰、 石灰石） 和燃料 （ 焦 火炉 改造 后 设备 采用 ： 粉 或无烟 煤粉） 经点火炉点火 ， 在抽风 的作用下’ 生 成一定 的液相， 把 各 Ｗ７ ３ ２ ２ ０ 、 检测 压力点２ 个Ｉ 空气管￣ｓ ５ Ｏ Ｏ ｍｍ， 快截 阀Ｗ７ ３ ２ ２ ０ 、 检测 压 （ ＞ ＞下转第 ９ ９ 页） 种 颗粒粘 接在一起 ， 冷却后生成 烧结矿 的过程 。
Ｍ （ （ｔ ＝ Ｉ Ｃ ｃ （ ｃ＋ ｄ ＋Ｔｎ 矗 ｜ ｄｒ ）＋ Ｍ
即输 出： 比例 项 ＋ 积分项 ＋ 微分项 ＋ 输出的初始 值， 式 中， Ｍ
（ ｔ ） 是 控制器 的输出 ， 误 差信号ｅ（ ｔ ） ＝ ｓ ｐ（ ｔ ） —ｐ ｖ（ ｔ ） ， 是 回路输 出的 初始 值 ， Ｋｃ 是Ｐ Ｉ Ｄ回路 的增益 ， Ｔ Ｉ 和Ｔ Ｄ 分 别是积 分时 间常 数和 微 分时 间常数。 式 中等号 右边 前３ 项分 别是 比例 、 积 分， 微分 部 分， 它们分 别与误 差、 误 差的积水 和微分成 正比。 如果取其 中的一项或 两项 ， 可以组成 Ｐ 、 Ｐ Ｄ 或Ｐ Ｉ 控制器。 需 要较好 的动态品质和较 高的稳 态精度时， 可以选用Ｐ Ｉ