過程控制課程設(shè)計(jì)--鋼坯加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　過程控制課程設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　題 目：鋼坯加熱爐溫度控制系統(tǒng)</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p>　　學(xué) 號(hào)：1167112140</p><p>　　專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器</p><p>　　班 級(jí)：20

2、11-1</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　2014 年 09 月 10 日</p><p>　　鋼坯加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　加熱爐是制造型行業(yè)中的一個(gè)重要設(shè)備，其作用是把原料

3、加熱到某一溫度， 進(jìn)而確保下道工序的順利進(jìn)行。同樣冶金行業(yè)中加熱爐是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中重要的熱工設(shè)備。其加熱目的有兩點(diǎn):一提高鋼的塑性,加熱溫度越高，鋼的可塑性越好，反之加熱溫度越低，可塑性越差，那么加工所消耗的能量越大，軋機(jī)的磨損也相應(yīng)變快，而且溫度過低還容易引發(fā)斷輥事故。二是使鋼的內(nèi)外部溫度均勻，否則鋼坯通過軋軌時(shí)容易產(chǎn)生有質(zhì)量缺陷的廢品。當(dāng)板坯內(nèi)外部有溫差存在時(shí)，其內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，于是通過加熱爐的均熱后使斷面上的溫差縮小這樣就在很大程度

4、上減少了次品的產(chǎn)生。當(dāng)然如果加熱溫度過高也是不可以的，這樣會(huì)發(fā)生板坯過熱、過燒，軋制時(shí)也要造成廢品。因此加熱爐的溫度控制起著至關(guān)重要的作用，直接關(guān)系到產(chǎn)量、能源等問題。</p><p>　　以前加熱爐的控制多數(shù)采用老式的人工控制 ，需要操作人員完全手動(dòng)控制燃料閥的開度。這樣一來(lái)，流量控制的精度極差，操作的及時(shí)性也大大降低。加熱爐的燃燒過程是受隨機(jī)因素干擾的，具有大慣性、純滯后的特點(diǎn)。對(duì)于這種復(fù)雜的控制對(duì)象，即使是

5、經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員，也很難全面考慮各種因素的影響，準(zhǔn)確地控制燃燒過程，造成爐溫經(jīng)常偏高或偏低，這些都嚴(yán)重影響了加熱爐加熱質(zhì)量和燃耗，甚至影響正常生產(chǎn)。在引入了過程控制系統(tǒng)之后，這一情況得到了大大的改善。</p><p>　　加熱爐的生產(chǎn)任務(wù)是按軋機(jī)的軋制節(jié)奏將鋼材加熱到工藝要求的溫度水平和加熱質(zhì)量，其性能直接影響到加熱爐的能耗和最終鋼材產(chǎn)品質(zhì)量鋼坯成材率、軋機(jī)設(shè)備壽命以及整個(gè)主軋線的有效作業(yè)率。鋼坯的出爐溫度要求

6、在1150～1 250℃，靠操作工人調(diào)節(jié)閥門來(lái)控制爐溫的效果很差，粘鋼和硬斷軋輥的事故時(shí)有發(fā)生，而且能源消耗特別大，所以關(guān)于加熱爐自動(dòng)控制的研究一直備受關(guān)注與重視。</p><p>　　關(guān)鍵字：過程控制、溫度控制、加熱爐</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　鋼坯加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)I</p><

7、p><b>　　摘要I</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　1.1 加熱爐一般功能結(jié)構(gòu)1</p><p>　　第二章 加熱爐溫度控制系統(tǒng)5</p><p>　　2.1串級(jí)系統(tǒng)控制概述5</p><p>　　2.2溫度

8、控制系統(tǒng)概述5</p><p>　　2.3爐溫控制方案6</p><p>　　2.4調(diào)節(jié)器正反作用的確定8</p><p>　　2.4.1副調(diào)節(jié)器作用方式的確定8</p><p>　　2.4.2主調(diào)節(jié)器作用方式的確定9</p><p>　　第三章 儀器選型10</p><p>　　3

9、.1溫度傳感器的選擇10</p><p>　　3.2流量變送器的選擇10</p><p>　　3.3執(zhí)行器的選擇11</p><p>　　3.4調(diào)節(jié)器的選擇11</p><p>　　3.5 流量孔板的選擇13</p><p><b>　　第四章 總結(jié)14</b></p>

10、<p><b>　　附錄15</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　加熱爐直接影響板坯加熱質(zhì)量、燃料消耗、生產(chǎn)節(jié)奏等。鋼坯加熱溫度是否合格將直接關(guān)系到鋼材產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。然而在鋼坯加熱工程中，其溫度

11、是不能在線連續(xù)測(cè)溫的，這也就告訴我們不能采用傳統(tǒng)的回路控制策略實(shí)現(xiàn)鋼坯溫度的控制。由于鋼坯加熱過程呈現(xiàn)非線性、強(qiáng)耦合、高階和時(shí)變等復(fù)雜特征，鋼坯出爐溫度與多項(xiàng)工藝參數(shù)有關(guān)，外加不可測(cè)擾動(dòng)存在，因此鋼坯升溫過程與各個(gè)工藝參數(shù)之間關(guān)系的精確數(shù)學(xué)模型很難建立。當(dāng)然問題總有解決的辦法，由于爐內(nèi)氣氛的溫度與鋼坯溫度具有一定的函數(shù)關(guān)系，因此可采用控制爐內(nèi)氣氛溫度的方法來(lái)間接控制鋼坯溫度。</p><p>　　1.1 加熱爐一

12、般功能結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)加熱爐的熱制度，可以將加熱爐分為三種：一段式加熱爐、二段式加熱爐和三段式加熱爐，其中，應(yīng)用到鋼鐵企業(yè)的加熱爐一般為后兩種，鋼坯在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)形式一般為步進(jìn)式或推鋼式，下面圍繞幾種形式簡(jiǎn)要介紹一下。（1）兩段式加熱爐</p><p>　　沿路長(zhǎng)分為加熱段和預(yù)熱段兩部分，按加熱方式又可分為“單面加熱”和“雙面加熱”兩種爐型。一般當(dāng)坯料厚度大于100mm是采用

13、雙面加熱。在兩段式加熱爐的加熱過程中，為保證產(chǎn)量通常加大加熱段爐溫設(shè)定點(diǎn)，這就使出爐鋼坯表面和中心存在較大的溫差，嚴(yán)重時(shí)影響正常軋制。所以，兩段式加熱爐在實(shí)際使用中產(chǎn)量受到一定限制。（2）三段式加熱爐</p><p>　　目前鋼鐵企業(yè)各軋鋼廠加熱爐普遍使用的一種爐型。它分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段，相對(duì)于兩段式加熱爐它增加了均熱段。該類型加熱爐加熱段爐溫一般比兩段式高出50——100℃，在進(jìn)入均熱段式鋼坯表面溫度

14、已達(dá)到或高出出鋼溫度，在均熱段鋼坯斷面溫度逐步均勻，并在一定程度上消除“黑印”。三段式加熱爐非常有利于軋機(jī)產(chǎn)量的提高。</p><p><b>　?。?）推鋼式加熱爐</b></p><p>　　將鋼坯用推鋼機(jī)從爐尾推入加熱爐內(nèi)，靠推力使鋼坯在爐內(nèi)移動(dòng)的一種加熱爐。推鋼式加熱爐具有爐內(nèi)鋼坯排列緊密、生產(chǎn)率高的特點(diǎn)，但他對(duì)加熱控制要求較嚴(yán)格，對(duì)操作工人的經(jīng)驗(yàn)要求較高，容

15、易出現(xiàn)“過燒”、“粘鋼”等現(xiàn)象。由于推鋼式連續(xù)加熱爐的長(zhǎng)度受到推鋼比的限制，以及鋼坯、加熱質(zhì)量的要求，發(fā)展了機(jī)械化爐底的連續(xù)加熱爐，其中步進(jìn)式爐是主要爐型。目前，大型熱帶鋼連軋機(jī)幾乎都采用步進(jìn)式爐，就是中小軋機(jī)也有不少采用這種爐型的。（4）步進(jìn)式加熱爐</p><p>　　依靠步進(jìn)梁的順序、往復(fù)運(yùn)動(dòng)使被加熱鋼坯從爐尾移動(dòng)到出料端，中間經(jīng)過各加熱段，最終是鋼坯達(dá)到規(guī)定的溫度后出爐。由于鋼坯在加熱爐內(nèi)前、后、上、下

16、均勻受熱，所以加熱效果良好。加熱后，鋼坯斷面受熱均勻，鋼坯表面不產(chǎn)生“黑印”、不“粘鋼”，工人操作方便，所以目前加熱爐內(nèi)鋼坯的運(yùn)動(dòng)形式大部分采用“步進(jìn)式”。寶鋼現(xiàn)采用此爐型。步進(jìn)式加熱爐與推鋼式加熱爐相比，其基本的特征是鋼坯在爐底上的移動(dòng)靠爐底可動(dòng)的步進(jìn)梁作矩形軌跡的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把放置在固定梁上的鋼坯一步一步地有進(jìn)料端送到出料端。</p><p>　　圖1.1 三段步進(jìn)式加熱爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p>&l

17、t;p>　　1.2步進(jìn)式加熱爐的發(fā)展</p><p>　　鋼坯加熱爐是用來(lái)將初軋鋼坯或者連鑄鋼坯軋制成最終產(chǎn)品而對(duì)鋼坯進(jìn)行再加熱的生產(chǎn)設(shè)備。按照加熱方式的不同可以分為周期式和連續(xù)式兩種 ，其中連續(xù)式加熱爐在目前的軋制生產(chǎn)中的應(yīng)用最為廣泛。周期式加熱爐是指鋼坯在爐內(nèi)固定不動(dòng)進(jìn)行加熱的爐子，它不適用于大量生產(chǎn)的情況，通常情況下只應(yīng)用于某些連續(xù)加熱爐不能處理的特殊材質(zhì)和極厚、單重特別大的特殊尺寸的鋼坯加熱。連續(xù)式

18、加熱爐是指形狀基本一致的鋼坯，在加熱爐內(nèi)不斷的移動(dòng)，從加熱爐入口一直移動(dòng)到其出口處，并且在此過程中對(duì)鋼坯進(jìn)行加熱的加熱爐。</p><p>　　隨著國(guó)際鋼鐵需求量的增加，軋機(jī)向著高效率和大能力發(fā)展，相應(yīng)地要求板坯加熱爐提高其爐床負(fù)荷，在有限的空間增加加熱能力。因此，連續(xù)式加熱爐由一段式向多段式發(fā)展，進(jìn)而出現(xiàn)了步進(jìn)式。這也是最近應(yīng)用最為廣泛的加熱爐，它與以前經(jīng)常使用的推送式加熱爐相比有如下一些優(yōu)點(diǎn) :</p&

19、gt;<p>　　(1)可以加熱各種尺寸、形狀的鋼坯，，特別適合推鋼式爐不便加熱的大板坯和異型坯。</p><p>　　(2)爐子生產(chǎn)能力大，爐底強(qiáng)度可以達(dá)到800—1000kg/(㎡.h)，與推鋼式爐加熱等量鋼坯相比，爐子長(zhǎng)度可以縮短10%—15%。</p><p>　　(3)爐子長(zhǎng)度不受推鋼比的限制，不會(huì)產(chǎn)生拱鋼、粘鋼現(xiàn)象。</p><p>　　(

20、4)爐子的靈活性大，在爐長(zhǎng)不變的情況下，通過改變鋼坯之間的距離，就可以改變爐內(nèi)坯料的數(shù)目，以適應(yīng)產(chǎn)量變化的需要。而且步進(jìn)周期也是可調(diào)的，加大步距即可縮短鋼坯在爐時(shí)間，從而可以適應(yīng)不同鋼種加熱的要求。</p><p>　　(5)由于鋼坯不在爐底滑軌上滑動(dòng)，鋼坯下表面不會(huì)有劃痕，并且鋼坯的“黑印”也少，加熱質(zhì)量好。推鋼式爐因推力振動(dòng)，而造成滑軌及絕熱材料經(jīng)常損壞，需要經(jīng)常維修，而步進(jìn)式爐不需要這些維修。</p&

21、gt;<p>　　(6)軋機(jī)有故障或停軋時(shí)，能將鋼坯退出爐外，以免鋼坯長(zhǎng)期停留在爐內(nèi)造成氧化和脫碳。</p><p>　　(7)可以準(zhǔn)確計(jì)算和控制加熱時(shí)間，便于實(shí)現(xiàn)加熱過程的自動(dòng)化。</p><p>　　步進(jìn)式爐的缺點(diǎn)是：爐子造價(jià)比推鋼式爐高15%~20%，爐子耗水量和熱耗量也高些。經(jīng)驗(yàn)表明，在同樣小時(shí)產(chǎn)量情況下，步進(jìn)式爐的熱耗量比推鋼式爐高167.5kJ/kg。</p

22、><p>　　1.3 步進(jìn)式加熱爐工藝流程</p><p>　　在坯料進(jìn)入到加熱爐后，它首先要經(jīng)過預(yù)熱段進(jìn)行緩慢的升溫，預(yù)熱段溫度控制在850-950℃，然后再進(jìn)入加熱段進(jìn)行強(qiáng)化加熱使鋼坯的平均溫度達(dá)到軋制溫度，加熱段溫度在1250℃左右，最后鋼坯進(jìn)入到均熱段進(jìn)行均熱，使鋼坯內(nèi)外溫度趨于一致，均熱段溫度在1250-1300℃左右。燒嘴分布在加熱段、均熱段的側(cè)面爐墻的上下部，鋼坯加熱的生產(chǎn)過程如

23、下：</p><p>　　加熱爐的步進(jìn)梁伸到鋼坯底部的輥道之間，步進(jìn)梁上升，將鋼坯抬起一定高度，前進(jìn)一段距離后停止，下降將鋼坯放到固定梁上，步進(jìn)梁繼續(xù)下降脫離鋼坯，到位后再后退回到下一原位，然后重復(fù)上述動(dòng)作，如此循環(huán)往復(fù)，使得鋼坯步進(jìn)式前進(jìn)，循環(huán)經(jīng)過加熱爐的各段，最后把加熱好的鋼坯送到出鋼端的出鋼懸臂輥道上，然后由該組輥道將其運(yùn)送出爐，經(jīng)過高壓水除鱗處理后傳送到軋機(jī)進(jìn)行軋制 。其工藝過程：連鑄出坯焜道—→裝料焜道

24、--→ 裝料機(jī)口--→預(yù)熱段--→加熱段--→均熱段。</p><p>　　第二章 加熱爐溫度控制系統(tǒng)</p><p>　　加熱爐燃燒控制系統(tǒng)對(duì)加熱爐控制來(lái)說，占有很重要的地位。它對(duì)于坯料加熱溫度的均勻，溫度控制的準(zhǔn)確，合理的進(jìn)行燃燒，節(jié)約燃料，減少有害氣體對(duì)環(huán)境的污染，都有重要的意義。對(duì)于三段步進(jìn)式加熱爐，預(yù)熱段內(nèi)不進(jìn)行加熱，也不需要溫度控制。在加熱段和均熱端，在側(cè)面爐墻的上下部都設(shè)有一

25、定數(shù)量的燒嘴，各段的爐內(nèi)溫度都獨(dú)立的進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)作為空燃比控制系統(tǒng)的設(shè)定值，據(jù)此來(lái)維持爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定。</p><p>　　2.1串級(jí)系統(tǒng)控制概述</p><p>　　串級(jí)控制系統(tǒng)是兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來(lái)工作，其中主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的輸入。該系統(tǒng)對(duì)改善和提高控制品質(zhì)是一種非常有效的控制方案。由于其結(jié)構(gòu)和單回路控制系統(tǒng)有所不同，因此與單回路控制系統(tǒng)相比有許多顯著地優(yōu)點(diǎn)：改善

26、對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動(dòng)；對(duì)負(fù)荷變化的有一定的自適應(yīng)能力。</p><p>　　串級(jí)控制系統(tǒng)的適用場(chǎng)合如下：</p><p>　?。?）容量滯后較大的被控對(duì)象。</p><p>　　（2）純滯后時(shí)間比較長(zhǎng)的被控對(duì)象。</p><p>　?。?）干擾動(dòng)變化頻繁而且幅度大的過程。</p>

27、<p>　?。?）給定值需要根據(jù)工藝情況經(jīng)常改變時(shí)。</p><p>　?。?）被控對(duì)象的特性為非線性，同時(shí)負(fù)荷變化又很大的場(chǎng)合。</p><p>　　串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入了副回路，不僅能迅速克服作用于副回路內(nèi)的干擾，也能加速克服主回路的干擾。副回路具有先調(diào)﹑粗調(diào)﹑快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)﹑細(xì)調(diào)﹑慢調(diào)的特點(diǎn)，對(duì)副回路沒有完全克服的干擾影響能徹底加以消除。由于主副回路相互配合

28、﹑相互補(bǔ)充，使得控制質(zhì)量顯著提高。本設(shè)計(jì)采用此系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制。</p><p>　　2.2溫度控制系統(tǒng)概述</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用串級(jí)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩個(gè)閉環(huán)組成組成，分別稱作主副回路，變送器調(diào)節(jié)器各兩個(gè)，前一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖2.1所示，其中被控變量：爐膛溫度；操縱變量：燃料流量。<

29、;/p><p>　　圖2.1加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.3爐溫控制方案 </p><p>　　整體設(shè)計(jì)思路是采用串級(jí)控制，但副回路中要包含的控制對(duì)象是空氣與燃料兩種，至于二者以什么樣的比例進(jìn)行配比燃燒就需要介入比值控制，空燃比由比值K設(shè)定。該方案如圖2.2所示。</p><p><b>　　其中： <

30、/b></p><p>　　TC爐溫調(diào)節(jié)器是串級(jí)控制系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器；</p><p>　　FC204天然氣流量調(diào)節(jié)器；</p><p>　　FC202空氣流量調(diào)節(jié)器。</p><p>　　圖2.2 加熱爐爐溫控制</p><p>　　該方案雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)爐溫的控制，但細(xì)分析還是存在弊端的，因?yàn)槿剂虾涂?/p>

31、氣是同時(shí)發(fā)生變化的，這樣一來(lái)當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)會(huì)存氧氣供應(yīng)量不足燃燒不充分現(xiàn)象，勢(shì)必造成對(duì)燃料的浪費(fèi)及黑煙的污染。所以對(duì)此要進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)我們采用帶有邏輯關(guān)系的比值控制系統(tǒng)，通過加入高低選擇器HS和LS完成邏輯提降量。如圖2.3所示為串級(jí)和比值控制系統(tǒng)的組合，爐膛溫度和燃料流量組成串級(jí)控制系統(tǒng)，燃料流量和空氣流量組成比值控制系統(tǒng)。當(dāng)爐溫偏高時(shí)，可通過低選器LS先降天然氣量，后降空氣量；而當(dāng)爐溫偏低時(shí)，可通過高選器HS先提空氣量，后提天然氣量

32、，這就確保了在提量和降量時(shí)天然氣都能充分燃燒。當(dāng)爐溫處于正常值時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定，高低選失效。</p><p>　　圖2.3燃燒改進(jìn)方案</p><p>　　2.4調(diào)節(jié)器正反作用的確定</p><p>　　系統(tǒng)投運(yùn)前必須確定其正反作用，使閉合回路里進(jìn)行的是負(fù)反饋，串級(jí)由兩個(gè)單回路組成，為保證二者都是負(fù)反饋方式，就要保證組成該系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)（變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、被控對(duì)象

33、）的極性相乘為正。確定順序一般是：先確定調(diào)節(jié)閥的氣開還是氣關(guān)；然后按被控對(duì)象特性確定其正反作用；最后根據(jù)各環(huán)節(jié)靜態(tài)放大系數(shù)相乘為正原則確定調(diào)節(jié)器正方作用方式。變送器的靜態(tài)放大系數(shù)一般為正。</p><p>　　2.4.1副調(diào)節(jié)器作用方式的確定</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)工藝安全等原則，燃料調(diào)節(jié)閥選用氣開式，這樣保證當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)調(diào)節(jié)閥處于全關(guān)狀態(tài)，防止燃料進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全，即調(diào)

34、節(jié)閥Kv＞0。然后確定副被被控對(duì)象K02，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，燃料量增大，爐膛溫度上升，所以K02＞0。最后確定副調(diào)節(jié)器，為保證副回路是負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為正，所以副調(diào)節(jié)器要大于零，則負(fù)調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。</p><p>　　2.4.2主調(diào)節(jié)器作用方式的確定</p><p>　　主環(huán)內(nèi)包含主調(diào)節(jié)器、副回路、主對(duì)象和主變送器。由于副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，所以其放大倍數(shù)為“+

35、”，因此主調(diào)節(jié)器的正反作用只取決于主對(duì)象的放大倍數(shù)的符號(hào)。主對(duì)象的輸入信號(hào)是幅參數(shù)燃料流量，輸出信號(hào)是主被控參數(shù)爐膛溫度，前者增大時(shí)后者升高，所以主對(duì)象K01＞0。為保證各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為正，所以主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K1＞0，其作用方式為反作用。</p><p><b>　　第三章 儀器選型</b></p><p>　　通過查閱書籍以及網(wǎng)上搜索相關(guān)資料，各儀器儀表

36、選型如下：</p><p>　　3.1溫度傳感器的選擇</p><p>　　熱電偶是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化的溫度檢測(cè)元件，在工業(yè)上非常常用，尤其在高溫領(lǐng)域的測(cè)量。其優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣、構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用方便等。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。由工藝可知，加熱爐溫度一般在1150～1250℃之間。所以當(dāng)溫度在 0℃ 至

37、1300 ℃ 時(shí)應(yīng)選用鉑銠10—鉑熱電偶（S型）。</p><p>　　3.2流量變送器的選擇</p><p>　　氣體流量變送器是用來(lái)計(jì)量氣體流量的，它是安裝在一些管道中記錄流過的氣體總量的一類儀表。在化工、冶金等工業(yè)部門當(dāng)中是屬于比較常見的一種測(cè)量?jī)x表。本設(shè)計(jì)采用智能氣體渦輪流量計(jì)，如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 智能氣體渦輪流量計(jì)</p&

38、gt;<p><b>　　產(chǎn)品特點(diǎn)：</b></p><p>　?。?）采用新型傳感器，始動(dòng)流量低、壓力損失小、抗振與抗脈動(dòng)流性能好，不易腐蝕、可靠性好、使用壽命長(zhǎng)。</p><p>　　?（2）采用新型微處理器與高性能的集成芯片，運(yùn)算精度高，整機(jī)功能強(qiáng)大，性能優(yōu)越。</p><p>　　?（3）采用先進(jìn)的微功耗高新技術(shù)，整機(jī)功耗

39、低。既能用內(nèi)電池長(zhǎng)期供電運(yùn)行，又可由外電源供電運(yùn)行。</p><p>　　?（4）按流量頻率信號(hào)，可將儀表系數(shù)分八段自動(dòng)進(jìn)行線性修正，可根據(jù)用戶需要提高儀表的計(jì)算精度。</p><p>　　?（5）采用EEPROM數(shù)據(jù)存貯技術(shù)，具備歷史數(shù)據(jù)的存貯與查詢功能，三種歷史數(shù)據(jù)記錄方式可供用戶選擇。</p><p>　　?（6）流量計(jì)表頭可180°旋轉(zhuǎn)，安裝使用簡(jiǎn)

40、單方便。</p><p>　　?高精確度，一般可達(dá)±1.5％R、±1.0％R。</p><p>　　?（7）重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05％~0.2％，正是由于具有良好的重復(fù)性，在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì)。</p><p>　　?（8） 可檢測(cè)被測(cè)氣體的溫度、壓力和流量，能進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，并顯示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（Pn=101.325Kpa，Tn

41、=293.15K）的氣體流量；可實(shí)時(shí)查詢溫度、壓力、時(shí)間、日期等數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3.3執(zhí)行器的選擇</b></p><p>　　執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。按所用能源形式的不同，執(zhí)行器可分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要采用氣動(dòng)執(zhí)行器，為了安全考慮，采用氣開式電磁閥，通過控制閥的開度來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控

42、制。氣開型是當(dāng)膜頭上空氣壓力增加時(shí)，閥門向增加開度方向動(dòng)作，當(dāng)達(dá)到輸入氣壓上限時(shí)，閥門處于全開狀態(tài)。反過來(lái)，當(dāng)空氣壓力減小時(shí)，閥門向關(guān)閉方向動(dòng)作，在沒有輸入空氣時(shí)，閥門全閉。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣開或氣關(guān)，通常是通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正反作用和閥態(tài)結(jié)構(gòu)的不同組裝方式實(shí)現(xiàn)。氣開氣關(guān)的選擇是根據(jù)工藝生產(chǎn)的安全角度出發(fā)來(lái)考慮。</p><p><b>　　3.4調(diào)節(jié)器的選擇</b></p><

43、p>　　調(diào)節(jié)器是將來(lái)自變送器的測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，對(duì)二者產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分（PID）運(yùn)算，最后輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、等工藝參數(shù)的自動(dòng)控制。</p><p>　　針對(duì)本設(shè)計(jì)，經(jīng)過查閱資料選擇AI-518P溫控儀表 PID調(diào)節(jié)器,如圖3.2所示。 </p><p>　　圖3.2 AI-51

44、8P溫控儀表 PID調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　?。?） 支持各種熱電偶、熱電阻、線性電壓、電流、電阻及輻射（紅外）溫度計(jì)等，并具備擴(kuò)充輸入插座安裝特殊輸入規(guī)格，0.3級(jí)或0.2級(jí)（V7.5版）測(cè)量精度。</p><p>　?。?）模塊化輸出支持SSR電壓、線性電流（電壓）、繼電器觸點(diǎn)開關(guān)、可控硅無(wú)

45、觸點(diǎn)開關(guān)、單相、三相可控硅過零觸發(fā)、單相可控硅移相觸發(fā)輸出，控制周期0.5~120秒可調(diào)。</p><p>　?。?） 具備標(biāo)準(zhǔn)PID、AI人工智能調(diào)節(jié)APID或MPT等多種調(diào)節(jié)方式，具有自整定、自學(xué)習(xí)功能，無(wú)超調(diào)及無(wú)欠調(diào)的優(yōu)良控制特性，亦可使用位式控制（ON-OFF）功能。</p><p>　?。? ）先進(jìn)的AIBUS通訊協(xié)議：支持RS485或RS232C通訊接口，能方便組建中、小型計(jì)算

46、機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　?。? ）支持上限、下限、偏差上限及偏差下限等多種報(bào)警功能，并可自由定義4個(gè)報(bào)警輸出端口，支持多個(gè)報(bào)警信號(hào)從同一位置輸出。具備上電免除報(bào)警等功能，避免上電報(bào)警誤動(dòng)作。</p><p>　?。?）可將測(cè)量值（PV）或給定值（SV）變送為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出，能提供14位高分辯率、0.2級(jí)輸出精度及優(yōu)于100ppm/℃溫度漂移性能的電流輸出。</p>

47、<p>　?。?）可定義參數(shù)查看及修改的權(quán)限，及允許用戶自定義密碼，量身定制最符合自己操作習(xí)慣的儀表。</p><p>　　3.5 流量孔板的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)采用BYM—BK標(biāo)準(zhǔn)流量孔板BYM—BK。其可用于測(cè)量管道中液體、氣體、蒸汽的流量。該產(chǎn)品精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力等行業(yè)。其測(cè)量原理：當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)孔板時(shí)，將產(chǎn)生局

48、部收縮，流束集中，流速增加，孔板前后產(chǎn)生靜壓差，該壓差與流量存在一定的關(guān)系，流量越大，壓差越大。</p><p>　　圖3.3 BYM—BK標(biāo)準(zhǔn)流量孔板</p><p><b>　　適用范圍</b></p><p>　　1、公稱直徑：50mm≤DN≤1200mm（超出此范圍屬非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置）</p><p>　　2、公稱

49、壓力：PN≤16MPa</p><p>　　3、孔徑比：0.20≤β≤0.75</p><p>　　4、雷諾數(shù)范圍：當(dāng)0.20≤β≤0.45時(shí) 5000≤ReD</p><p>　　當(dāng)0.45≤β≤0.75時(shí) 10000≤ReD</p><p><b>　　5、精度：１級(jí)</b></p><p>

50、<b>　　第四章 總結(jié)</b></p><p>　　通過這次為期兩周的過控課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，讓我對(duì)學(xué)過的課程有了一個(gè)實(shí)際性的應(yīng)用范例，尤其是在熱工和過控這兩門課上，儀表的選型、設(shè)計(jì)方案的篩選與確定等問題都是曾經(jīng)學(xué)過的內(nèi)容，但由于當(dāng)時(shí)學(xué)的不是特別扎實(shí)，所以在設(shè)計(jì)的過程中就需要經(jīng)常翻書或是網(wǎng)上查閱，剛開始時(shí)心中對(duì)這個(gè)題目只是有一個(gè)大概的設(shè)計(jì)框架，至于細(xì)化到每一個(gè)環(huán)節(jié)甚至是像正規(guī)的論文一樣要成文于

51、書，這對(duì)我來(lái)說確實(shí)挺困難的，但一點(diǎn)點(diǎn)梳理，一塊塊去弄，幾天堅(jiān)持過來(lái)還是完成下來(lái)了，當(dāng)然在這個(gè)糾結(jié)的過程中真的又溫顧學(xué)習(xí)了好多東西，包括本專業(yè)上的一些知識(shí)，以及查閱資料、軟件運(yùn)用方面能力的小提升。</p><p>　　在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中，加熱爐內(nèi)的溫度控制直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞、加熱爐的能耗、軋機(jī)設(shè)備壽命以及整個(gè)主軋線的有效作業(yè)率，可見溫度控制不好，將給企業(yè)帶來(lái)很大的損失。為此，可靠的溫度的監(jiān)控在工業(yè)中十分必要。

52、本設(shè)計(jì)采用串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)控制燃料的流量以及空氣的流量，進(jìn)而達(dá)到控制爐溫的目的。</p><p>　　對(duì)于這次的課設(shè)，我想大家和我遇到的共同問題就是沒有實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，理論上的方案設(shè)計(jì)選擇還好解決，但是對(duì)于儀器選型，調(diào)節(jié)器、變送器和熱電偶的型號(hào)只有查詢資料對(duì)比才知道哪些型號(hào)較為適用，至于用到現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境當(dāng)中是否真正適用，其性能的優(yōu)劣程度還不清楚。我想這就是本次設(shè)計(jì)不完善之處吧，有待日后工作中的考核與驗(yàn)證。&l

53、t;/p><p>　　總之，經(jīng)過這兩周的課程設(shè)計(jì)，收獲了很多東西，重溫了學(xué)過的知識(shí)，了解了科技論文的寫作概況，認(rèn)識(shí)了部分儀器儀表，我想這會(huì)為下學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了一定有力基礎(chǔ)。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　圖 4.1 鋼坯加熱爐過程控制系統(tǒng)工藝圖</p><p><b>　　參考文

54、獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李文濤. 過程控制[M] 北京：科學(xué)出版社，2012.</p><p>　　[2]施文康． 檢測(cè)技術(shù)[M ]． 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2000．</p><p>　　[3]陳永剛．寶鋼三熱軋加熱爐計(jì)算機(jī)控制技術(shù)研究 學(xué)位論文 東北大學(xué) 2008</p><p>　　[4]柴天佑，王中杰，

55、王偉. 加熱爐控制技術(shù)的回顧與展望[J]，北京:冶金自動(dòng)化，1998年第5期l一4.</p><p>　　[5]林錦國(guó). 過程控制[M]2版.南京：東南大學(xué)出版社 2006.</p><p>　　[6] 饒文濤．寶鋼1 58 0 熱軋加熱爐控制系統(tǒng) 上海寶鋼研究院設(shè)備研究所.</p><p>　　[7]李忠虎，李希勝.過程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)及儀表. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社