DCS在中型加热炉燃烧控制系统中的应用
日期：2006-4-20 0:22:24 来源：本文摘自《PLC&FA》
点击： 作者：未知
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莱钢中型厂加热炉采用连铸坯，实现了坯料的热装、冷装及热缓冲工艺，其中热装比例达80%。加热炉采用步进式加热炉，加热能力130t/h，年设计加热量52万吨。使用燃料为高、焦炉混合煤气，分6段加热,加热到1250℃出炉。
(1) 系统硬件组成
系统由1台控制器和1台工作站构成。控制器采用日本东芝公司MCS1000系统，该控制器有控制回路32路，控制点数1200余点。工作站采用东芝FA3100工控机。该控制器可接4个操作员接口站，工作站通过光纤连接到控制器上。控制器通过以太网和网关连接到远程过程级计算机。该系统配置图如图1所示。
(2) 系统软件
控制器采用日本东芝基于分散控制系统DCS的集总式控制系统TOSDIC-CIE1000，它是一种开放性的可灵活改变规模的控制系统，采用ENGINGEERING TOOL为控制软件。操作员接口站由OIS1000系统构成，采用INTELLUTION公司生产的基于WINDOWS操作系统的 FIXDMACS 5.65为监控软件。该监控系统具有人机交互、通讯、显示及存储、打印等功能，主要用于数据、图形显示，机组状态监控，机组数据输入，信息存储等各种有关操作的功能画面。操作的功能画面主要有两类，一是显示操作画面:本画面一方面显示数据，显示方式为数字、曲线、棒图、历史趋势等。另一方面，具有功能软开关、软按钮等供操作人员进行操作。 二是工艺流程画面:显示设备的工艺布置、工艺流程及相应的检测数据。OIS1000标准屏幕管理流程如图2所示。
3 系统控制功能
3.1 炉温控制
加热炉被分成上下预热、上下加热、上下均热6个温度控制区。区温度由DCS中的单回路PID控制器控制。分为C(级联)、A(自动)和M(手动)3种控制方式。其中C方式为计算机即程序加热方式，由CPU即加热炉过程级控制。A方式中操作人员可从CRT设置SV(温度设定点变量)来自动烧钢。M方式从CRT操纵MV(操纵变量)来手
为了防止上区和下区相互干扰，提供了主/从控制方式。上区温度控制优先于下区温度控制，下区的温度由上区按操作员设定的主/从比控制。主/从控制只有在选择“主/从控制”时才开始。
3.2 区助燃空气和燃气流量控制
燃烧控制由燃气流量控制和助燃空气流量控制组成。2个流量控制均由区温度控制器控制输出。燃气流量和助燃
双交叉限幅燃烧法通过根据炉温控制器的输出来控制燃气和空气流量比而具有使燃/空比保持在一适当范围的功能，而每个流量设定值都有依据实际流量确定的上下限。采用这种控制，能在任何瞬间以及稳定条件下高精度保持燃烧系统的多余空气流量。双交叉限幅控制原理如图3所示。
3.3 炉压前馈控制
炉压控制用来保持一个恒定的炉膛压力,由DCS中的PID控制器控制。炉压在均热区测量并借助于用汽缸致动的烟道闸板进行控制。为了在出料门开关期间炉压保持在一定的范围内，炉压控制器输出用前馈修正系数补偿。除了防止炉压随燃烧负荷改变而改变外，把总的燃烧气流量当作计算炉压控制器输出的前馈修正系数的基准值。前馈控制通过稀释闸板打开或助燃空气流量改变时进行补偿。补偿值由下面公式确定。
1 引言
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莱钢中型厂加热炉采用连铸坯，实现了坯料的热装、冷装及热缓冲工艺，其中热装比例达80%。加热炉采用步进式加热炉，加热能力130t/h，年设计加热量52万吨。使用燃料为高、焦炉混合煤气，分6段加热,加热到1250℃出炉。
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2 系统配置
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(1) 系统硬件组成
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系统由1台控制器和1台工作站构成。控制器采用日本东芝公司MCS1000系统，该控制器有控制回路32路，控制点数1200余点。工作站采用东芝FA3100工控机。该控制器可接4个操作员接口站，工作站通过光纤连接到控制器上。控制器通过以太网和网关连接到远程过程级计算机。该系统配置图如图1所示。
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(2) 系统软件
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控制器采用日本东芝基于分散控制系统DCS的集总式控制系统TOSDIC-CIE1000，它是一种开放性的可灵活改变规模的控制系统，采用ENGINGEERING TOOL为控制软件。操作员接口站由OIS1000系统构成，采用INTELLUTION公司生产的基于WINDOWS操作系统的 FIXDMACS 5.65为监控软件。该监控系统具有人机交互、通讯、显示及存储、打印等功能，主要用于数据、图形显示，机组状态监控，机组数据输入，信息存储等各种有关操作的功能画面。操作的功能画面主要有两类，一是显示操作画面:本画面一方面显示数据，显示方式为数字、曲线、棒图、历史趋势等。另一方面，具有功能软开关、软按钮等供操作人员进行操作。 二是工艺流程画面:显示设备的工艺布置、工艺流程及相应的检测数据。OIS1000标准屏幕管理流程如图2所示。
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3 系统控制功能
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3.1 炉温控制
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加热炉被分成上下预热、上下加热、上下均热6个温度控制区。区温度由DCS中的单回路PID控制器控制。分为C(级联)、A(自动)和M(手动)3种控制方式。其中C方式为计算机即程序加热方式，由CPU即加热炉过程级控制。A方式中操作人员可从CRT设置SV(温度设定点变量)来自动烧钢。M方式从CRT操纵MV(操纵变量)来手
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图1 硬件配置图
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动拖动流量阀门的开口度以调节炉温。温度控制器输出通过比例控制结构级联以确定助燃空气流量控制器和燃气流量控制器的设定点。每个区都配备有一对热电偶，DCS会自动选择温度较高的热电偶或有源的热电偶。
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为了防止上区和下区相互干扰，提供了主/从控制方式。上区温度控制优先于下区温度控制，下区的温度由上区按操作员设定的主/从比控制。主/从控制只有在选择“主/从控制”时才开始。
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3.2 区助燃空气和燃气流量控制
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燃烧控制由燃气流量控制和助燃空气流量控制组成。2个流量控制均由区温度控制器控制输出。燃气流量和助燃
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图2 OIS1000标准屏幕管理流程
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空气流量受“双交叉限幅燃烧”控制，即便在瞬间条件下也能使空气燃气比保持在一定的范围内。助燃空气流量借助测量孔板测量，通过差压变送器，并用助燃空气总管的温度和压力加以补偿。燃气流量借助流量孔板测量，通过差压变送器，用燃气总管的温度和压力补偿。空气/燃气比按依据烧嘴特性和燃烧负荷及燃气热量值的空/燃比曲线自动补偿。
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双交叉限幅燃烧法通过根据炉温控制器的输出来控制燃气和空气流量比而具有使燃/空比保持在一适当范围的功能，而每个流量设定值都有依据实际流量确定的上下限。采用这种控制，能在任何瞬间以及稳定条件下高精度保持燃烧系统的多余空气流量。双交叉限幅控制原理如图3所示。
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3.3 炉压前馈控制
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炉压控制用来保持一个恒定的炉膛压力,由DCS中的PID控制器控制。炉压在均热区测量并借助于用汽缸致动的烟道闸板进行控制。为了在出料门开关期间炉压保持在一定的范围内，炉压控制器输出用前馈修正系数补偿。除了防止炉压随燃烧负荷改变而改变外，把总的燃烧气流量当作计算炉压控制器输出的前馈修正系数的基准值。前馈控制通过稀释闸板打开或助燃空气流量改变时进行补偿。补偿值由下面公式确定。
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