[信息与通信]加热炉燃烧控制系统设计与仿真.doc

南通纺织职业技术学院毕业设计(论文) YGW-9300型有机热载体加热炉控制系统 课 程 名 称 PLC原理及应用 学 生 姓 名 张鹏 学 号 系 、专 业 电气自动化 指 导 教 师 康宜平 2011年 10 月 28日 加热炉燃烧控制系统设计与仿真摘 要 冶金工业消耗大量的能源，其中钢坯加热炉就占钢铁工业总能耗的四分之一。自70年代中期以来，各工业先进国对各种燃烧设备的节能控制进行了广泛、深入的研究，大大降低了能耗。 步进式加热炉不仅是轧线上最重要的设备之一，而且也是耗能大户。钢坯加热的技术直接影响带钢产品的质量、能源消耗和轧机寿命。因此步进式加热炉优化设定控制技术的推广对钢铁企业意义重大。步进式加热炉的生产目的是满足轧制要求的钢坯温度分布，并实现钢坯表面氧化烧损最少和能耗最小。由于步进式加热炉具有非线性、不确定性等特点，其动态特性很难用数学模型加以描述，因此采用经典的控制方法难以收到理想的控制效果，只能依靠操作人员凭经验控制设定值，当工况发生变化时，往往使工艺指标（如空燃比）实际值偏离目标值范围，造成产品质量下降消耗增加。针对以上情况，本文通过理论和仿真比较说明使用双交叉限幅控制系统是一种比较好的燃烧控制方法。 关键词：步进式加热炉； 空燃比； 双交叉限幅 ；系统仿真 目 录摘 要 I ABSTRACT 错误！未定义书签。 第一章 引言 1 第二章 步进式加热炉 4 2.1步进式加热炉简介 4 2.2 步进式加热炉工艺过程 5 2.3 加热炉控制技术的发展和现状 8 第三章 燃烧控制系统设计及仿真 9 3.1 步进式加热炉生产工艺和控制要求 9 3.2 燃烧控制系统及仿真 10 3.2.1 Simulink简介 10 3.2.2 仿真模型的建立 11 3.2.3 串级比值控制系统设计及仿真 12 3.2.4 单交叉限幅燃烧控制系统设计及仿真 17 3.2.5 双交叉限幅控制系统设计及仿真 22 3.2.6 偏置单元和炉膛负压控制系统简介 29 第四章 组态软件MCGS在加热炉控制中的应用 30 4.1 MCGS简介 30 4.2 MCGS在加热炉控制中的应用 32 第五章 仪表选型 34 5.1 检测元件的选型 34 5.1.1 温度检测 34 5.2 压力和流量的测量 36 5.3 变送器的选取 37 5.3.1温度变送器 38 5.3.2差压变送器的选取 39 5.4 执行器的选择 40 结束语 42 参考文献 43 致谢 44  第一章 引言 工业锅炉广泛应用于炼油、冶金、化工、轻工、造纸、纺织与食品等行业。每年消耗大量的原煤。由于热工检测手段落后，自动控制系统不够完善及运行管理不良等原因,导致热效率比设计值低10%~20%。并由于调节量过大的波动引起执行机构过度磨损，燃烧不稳定，热力设备与管道的热应力破坏，工艺次品率升高，锅炉冒黑烟，产生大量氮氧化物等造成环境污染。许多厂家和单位已研制出多种工业锅炉的仪表或微机控制系统，并取得一定成效。但运行实践表明，工业锅炉滞后和惯性大，反应慢，回路多，耦合性强，过程扰动与噪声大，以及对象特性由于积灰、结垢、电子元件老化，环境、负荷、煤质等原因而发生变化。人们发现，燃烧调节系统已偏离最佳整定，要么反应迟钝，要么振荡太大，难以长期或在某些工况下运行。而调节器的整定又很费时间，且要求相当的技术，因此常将其切换至手控运行方式。不仅工人劳动强度大，且易使效率降低，污染加剧。采用自适应控制可以使自控系统投入率提高，减少运行操作人员，节约能源，减轻污染。 自动燃烧控制系统的基本任务是在满足生产工艺的温度要求前提下，实现最佳燃烧控制以达到减少烧损、节约能源的目的。根据燃烧机理，一般加热炉内空气过剩系数u的最佳范围为1.02~1.10，称为最佳燃烧带。如果u过大，使火焰温度降低，氧化铁皮厚度增加即烧损增加；反之，u过小，既冒黑烟污染环境，又使燃烧效率下降。一般情况下，加热炉燃烧控制都采用基本串级比值控制方案，或是其变化形式。但由于空气管道时间常数比燃料回路大，当负荷突然发生变化时，这种控制方案不能保证u在最佳燃烧区。为解决这一问题，许多人进行了深人研究，先后产生了几种交叉制约控制方案，使燃烧控制系统日趋完善[1]。 1、加热炉的工艺和结构 在本文中加热炉使用的是步进式加热炉。它由以下几个基本部分结构组成：炉膛和炉衬，燃料系统，供风系统，排烟系统，冷却系统，余热利用装置，装出料设备，检测及调节设备，电子计算机控制系统等。 步进式加热炉的工业过程：由连