过程控制系统设计

摘要

加热炉在工业生产中是非常重要的换热设备，在炉膛内将燃料燃烧释放的热量通过热辐射方式传递给被加热的工艺介质。加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗很大。因此，在设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。

为保证工艺介质最终温度稳定的同时，达到节能减排的目的，本文设计的加热炉控制系统包括如下控制回路：燃料量和空气量交叉限制式串级燃烧自动系统、炉膛压力自动控制，热风温度自动控制系统，燃料、空气流量比例自动控制。另外，为了最大程度地节约能源，在具有下游换热器的加热炉装置中，下游换热器只在工艺介质最终温度异常升高时工作，在平稳生产时不起作用。

关键词：温度、加热炉、控制系统。

目录

摘要 (1)

第一章绪论 (3)

1.1引言 (3)

1.2 国内外控制系统状况 (3)

第二章控制系统设计 (5)

2.1生产工艺及加热炉简介 (5)

2.2 控制系统的设计思想和总体方案 (7)

2.2.1 控制系统的设计思想 (7)

2.2.2 控制系统的设计方案 (7)

2.3 控制回路的参数选择 (10)

2.4 主、副调节器调节规律的选择 (10)

2.4.1 调节规律分析 (10)

2.4.2 调节规律的确定 (11)

2.5主、副调节器选用 (12)

2.6主、副电路检测变送器的确定 (13)

2.6.1 温度检测元件 (13)

2.6.2 温度变送器 (14)

2.7 调节阀的确定 (14)

2.8 联锁保护 (15)

第三章结束语 (16)

参考文献 (17)

第一章绪论

1.1引言

近年来，轧钢生产中所涌现的新技术、新工艺主要是围绕节约能源、降低成本、提高产品质量、开发新产品所进行的。在节能降耗上，主要技术是：连铸坯热送热装技术、薄板坯连铸连轧技术、先进的节能加热炉等；在提高产品性能、质量上，主要技术是：TMCP 技术、高精度轧制技术、先进的板形、板厚控制技术、计算机生产管理技术等；在技术装备上，主要是大型化、连续化、自动化，即热轧带钢、冷轧带钢的连续化，实现无头轧制、酸轧联合机组、连续退火及板带涂层技术等。这些技术的应用可极大地提高产品的竞争能力。以节能降耗为目标的新技术。加热炉炉温的控制直接影响到生产质量和能耗的多少。所以加热炉控制系统的优化控制方案有待解决！

1.2 国内外控制系统状况

一、国外控制系统的发展情况

自 70 年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。它们主要具有如下的特点：

1、适应于大惯性、大滞后等复杂控制系统的控制。

2、能够适应于受控系统数学模型难以建立的控制系统的控制。

3、能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的控制系统的控制。

4、这些控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论，运用先进的算法，适应的范围广泛。

5、控制系统具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。目前，国外控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。

二、国内控制系统的发展概况

随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。

在现代工业控制中, 过程控制技术是一历史较为久远的分支。在本世纪30 年代就已有应用。过程控制技术发展至今天, 在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段, 它们是：分散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。几十年来，工业过程控制取得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。

目前，过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统(CIMS)：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。

本期中国重型机械研究院自动化研究所米进周和高朝波撰写的《连铸过程控制系统的研究和应用》详细阐述了作为钢铁企业实现企业信息化管理重要组成部分的连铸过程控制系统，集成了先进的工艺数学模型和控制技术，使铸坯质量得到极大提高、生产管理更加方便，增强了企业竞争力，发展前景十分广阔。

第二章 控制系统设计

2.1生产工艺及加热炉简介

一、 冶金工艺流程

采矿、选矿过程工艺流程→炼铁区工艺流程→炼钢区工艺流程→轧钢区工艺流程。从矿石到成品的整个工艺流程如下图所示。

图2—1

冶金工艺流程 二

、热轧工艺流程

铁矿石送入高炉炼铁，炼铁厂出来的产品又作为炼钢的原料送入炼钢厂冶炼，从炼钢厂出来的钢坯还仅仅是半成品，必须到轧钢厂去进行轧制以后，才能成为合格的产品。

从炼钢厂送过来的连铸坯，首先是进入加热炉，然后经过初轧机反复轧制之后，进入精轧机。轧钢属于金属压力加工，说简单点，轧钢板就像压面条，经过擀面杖的多次挤压与推进，面就越擀越薄。在热轧生产线上，轧坯加热变软，被辊道送入轧机，最后轧成用户要求的尺寸。轧钢是连续的不间断的作业，钢带在辊道上运行速度快，设备自动化程度高，效率也高。从平炉出来的钢锭也可以成为钢板，但首先要经过加热和初轧开坯才能送到热轧线上进行轧制，工序改用连铸坯就简单多了，一般连铸坯的厚度为１５０～２５０ｍｍ，先经过除磷到初轧，经辊道进入精轧轧机，精轧机由７架４辊式轧机组成，机前装图2—1 冶金工艺流程