[发明专利]加热炉智能双交叉限幅燃烧自动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于加热炉燃烧控制技术领域，特别涉及一种加热炉智能双交叉限幅燃烧 自动控制方法，基于自学习和模糊控制相结合的加热炉燃烧全自动控制。

背景技术

加热炉是轧线生产控制系统中的重要组成部分，它承担着为轧机提供合适温度钢 坯的重要任务。由于加热炉燃烧过程的复杂性、滞后性以及工艺设备的局限性，目前， 加热炉的全自动控制一直处于精度不高的状态。钢坯的温度控制一直波动较大，氧化 铁皮的比例较大，且容易造成大气污染。

对于加热炉燃烧这种大滞后控制系统，目前最常用的方法是采用PID调节器来控 制，对于温度的控制来说，该系统的相应效果并不理想，对于其他的改进方案包括斯 密斯(Smith，O.J.M.)预估补偿方案和大林(Dahlin，E.B.)控制算法等，对大滞后系 统的调节效果有了一定程度的改善，可是由于这些算法需要较准确地控制对象的特性 方程来构造补偿环节或算式，给实际工程上应用带来很大的难度，实际效果并不理想。

近年来模糊逻辑控制算法在工程上的应用有了很快的发展。中国专利号 ZL94193047(发明名称：采用自动调节进行模糊逻辑控制的方法和装置)中论述了一 种模糊控制的方法，它的核心思想是对至少一个过程变量进行模糊化处理。但是在该 发明中没有温度自学习功能，模糊处理效果欠佳，不能有效地提高加热炉燃烧系统的 响应时间。

唐乐平提出的步进式加热炉的双交叉限幅燃烧控制系统，是加热炉的燃烧自动控 制常用的方法，这种方法能基本满足普通钢坯的生产需要，但是其对温度控制的精度 不高，波动大，系统的响应时间慢。对于高规格、高质量的钢坯，很难满足其生产精 度和节奏的工艺要求。煤气、空气双交叉限幅控制：虽然能够实现对温度的相对控制， 能够避免煤气和空气之间的流量出现单方面的突变。但是其控制精度小，温度误差大， 并且系统的响应时间慢，满足不了热轧生产的快节奏。

空燃比的自学习方法，通常是采用热值来修正空燃比的大小，如果没有热值作为 参考，也可以使用残氧量来修正空燃比的大小。能实现对温度控制的平稳上升或下降， 有效的利用了能源，但是改变不了温度控制的响应时间和控制精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加热炉智能双交叉限幅燃烧自动控制方法，从解决燃 烧过程的全自动控制入手，采用PI参数自学习和模糊温度控制相结合的双交叉限幅控 制方法，实现加热炉燃烧过程的全自动控制。

本发明所采用的技术方案是：可应用于换热式或蓄热式加热炉的智能双交叉限幅 燃烧过程的自动控制方法。

本发明采用温度自学习、模糊控制和PI参数自学习相结合，实现加热炉燃烧过程 的智能双交叉限幅控制，有效的解决了加热炉燃烧的控制精度问题，同时很好的满足 了热轧的生产节奏。工艺步骤为：

1、安装控制系统的硬件、软件和现场设备：本方法是以计算机编程终端和PLC 设备为基础，通过以太网络实现对加热炉燃烧现场设备的有效控制，主要过程如下。

(1)安装控制系统：安装计算机编程终端操作系统和西门子编程软件，在软件中 完成对PLC硬件的组态过程，并建立以太网连接。

(2)组态控制软件：在控制柜中安装西门子S7 400系列的PLC机架和相关模 件等硬件设备，并且与(1)中所述的编程软件中组态的PLC硬件的类型和版本一致。

(3)组态系统的工艺流程画面：实相对现场设备的控制和状态显示等功能。

(4)安装现场设备：包括现场的流量、压力、温度和调节阀等检测设备，并与 PLC柜的端子连接正确。

(5)建立通讯网络：通过以太网协议，把编程软件的计算机终端、PLC模件和 现场设备连接为一个整体，从而完成对燃烧控制的硬件和软件基础。

(6)进行现场设备和软件之间的通讯测试：根据控制的要求，实现设备之间的通 讯功能，完成对现场检测信号、编程软件与监控流程画面内部地址之间的对应关系。

2、组态温度自学习内容：包括自动修正空燃比和温度趋势的判断、温度变化率自 学习、温度分段自学习和模糊控制等过程，详细步骤如下。

(1)确定一个初始的空燃比：根据加热炉设计空燃比或者经验值来确定一个初始 空燃比数值。