焦炉加热优化串级控制的应用

P C S串级控制实例 The latest revision on November 22, 2020西门子 PCS7在焦炉温度控制中的应用[摘要] 温度调节在连续过程控制中有着非常重要的作用。

本文以焦炉火道为被控对象，阐述了在西门子PCS7环境下应用串级、前馈等复杂调节控制方式对焦炉火道温度进行自动调节的原理、编程实现以及如何正确投运的方法。

[关键词] 串级前馈 PCS7 温度控制焦炉1引言随着计算机技术的普及以及国内炼焦行业对生产技术要求以及焦炭质量的不断提高，应用复杂控制系统甚至于先进控制算法对焦炉温度进行控制已经成为提高焦化企业生产技术水平，增加经济和社会效益的有效手段之一。

焦炉的加热过程是单个燃烧室间歇、全炉连续、受多种因素干扰的热工过程，是一个典型的大惯性、非线性、时变快且受到多种扰动因素影响的复杂系统，其加热控制难度较其它工业窑炉要大得多【3】。

传统意义上PLC或DCS系统通常应用的单回路PID控制方式已不能完全适应目前生产上对温度精确控制的需要。

因此，应用较为先进的控制方式和手段对焦炉温度进行控制已成为各个焦化厂进行技术改造的必然趋势。

经过工程实践检验，本文提出了一种基于DCS系统内的、应用西门子PCS系统自带的控制器构成的以反馈为主辅之以前馈来对焦炉火道温度进行控制的方案。

2 火道温度在焦炉生产中的作用焦炉火道温度系在下降气流底部火嘴和鼻梁砖间的大砖温度，鉴于目前温度检测仪器上的原因以及火道温度点的特殊位置，实际的焦炉火道温度一般难以准确测量。

目前国内焦化厂均采用火道直行温度来反映焦炉温度。

焦炉全炉温度用机、焦侧侧温火道平均温度来代表，全炉总供热的调节（以加减煤气和空气的方式进行调节）应当使机、焦侧测温火道平均温度符合工艺所规定的标准温度，并保持稳定。

作为衡量全炉温度的稳定性重要指标，反映焦炉稳定稳定性的指标一般用直行温度的安定系数Kc来衡量，Kc能否接近1并保持稳定，对焦炭质量的提高、降低耗热量以及延长焦炉炉龄至关重要【4】。

焦炉加热系统的调节与优化1. 引言1.1 背景介绍焦炉是冶金生产过程中的重要设备，其加热系统的调节与优化对生产效率、能源消耗和安全性都起着至关重要的作用。

传统的焦炉加热系统调节方法已经无法满足现代冶金生产的需求，因此需要引入更先进的优化技术来提高生产效率、降低能耗、并提高系统的安全性。

焦炉加热系统的优化不仅能够带来经济效益，还能提高企业的竞争力，因此引起了业界的广泛关注和研究。

本文将深入探讨传统和现代焦炉加热系统调节与优化的技术，探讨节能降耗的关键措施、生产效率提升的方法以及安全性改进的策略，旨在为相关行业提供参考和借鉴。

1.2 研究意义焦炉加热系统是焦化生产中的核心系统之一，其调节与优化直接影响到焦炉生产的效率和产品质量。

研究焦炉加热系统的调节与优化具有重要的意义：焦炉加热系统的调节与优化可以提高生产效率，减少能耗和原料消耗，从而降低生产成本，提高生产效益；通过优化加热系统，可以提高焦炭的质量和产量，保证焦炉生产的稳定性和连续性；加热系统的优化还能提高设备利用率，延长设备使用寿命，减少设备维护成本，提高设备的运行稳定性和可靠性。

研究焦炉加热系统的调节与优化对于提高焦炭生产效率，降低生产成本，保证产品质量具有重要的意义。

随着我国焦化行业的不断发展和环保要求的提高，对焦炉加热系统进行调节与优化也是促进行业升级和转型的重要途径。

深入研究焦炉加热系统的调节与优化具有重要的理论和实践意义。

1.3 研究方法研究方法是本文的重要组成部分，它将指导整个研究过程的进行，并确保研究结果的科学性和可靠性。

在进行焦炉加热系统调节与优化的研究过程中，本文将采用多种研究方法来推动研究目标的实现。

本文将通过文献综述的方式，对焦炉加热系统调节与优化领域的现有研究成果进行归纳总结，从而明确当前研究的发展现状和存在的问题。

本文将开展数值模拟实验，通过建立相应的数学模型，分析焦炉加热系统中的关键参数对系统运行的影响，为系统调节与优化提供科学依据。

焦炉全自动连续测温与加热优化控制技术一、 国内外的现状⒈ 人工测温火道温度的测量一直是焦炉生产的一项重要日常工作内容，操作工用光学高温计或红外温度计瞄准立火道低部，测量鼻梁砖表面温度，每4小时巡测一次。

如何提高测温精度，改善工人的工作环境一直是大家关心的问题。

人工测量受测温点受测温时间、测温地点、测温人员的熟练程度以及外部气候条件等因素的影响，测量误差很大，① 测量点的选择：有多种方案第一测温点 第二测温点 第三测温点第一测温点无论焦炉用高炉煤气（BFG ）加热或用焦炉煤气（COG ）加热都可选择这一测温点，第二测温点常用于COG 加热，而第三种用于BFG 加热。

立火道底部温度不是均匀分布的，不同的人，选择不同的测量点，测量点的偏差对测量结果有很大的影响，测量点的偏移对温度的影响非常大。

见下图红色外目前我们测量的炉温变化（未处理的数据）。

② 测量时间的影响虽然直行温度的测定时间是规定在换向后五分钟进行，但严格执行尚有一定的困难一种是无法克服的，如测温时装煤、推焦操作影响无法准时测温，提前或推迟1分钟，往往要影响±4~6ºC 。

另外人为随意性，如钟表时间未对好等因素。

⒉其它测温方法国内外近几十年人们一直在寻找取代人工测量的方法，主要有以下几种：①采用炉顶钻孔技术,将热电偶安装在火道跨越孔上方的耐火砖内主要单位：日本钢管公司、美国共和公司,但为了延长热电偶的寿命,对热电偶实施了间歇氮封存在的主要问题：投资高、热电偶寿命短、炉顶操作不便等缺点，②热电偶插入立火道顶部测量废气温度主要单位：新日铁公司、比利时CRM公司、上海宝钢投资高、热电偶寿命短、炉顶操作不便等缺点，间接地反映了炉内温度的变化③在蓄热室顶部安装热电偶主要单位：我们安徽工业大学在40座焦炉应用，需建立数学模型，模型精度不高④焦炉底部测温法既将测温热电偶从焦炉底部插入燃烧室进行直接测量。

我国鞍钢焦化厂开发了这种技术，该方法避免了炉顶测温法的弊端，但还不太成熟，有待进一步研究和完善。

焦炉燃烧过程温度优化控制系统的研究与应用近年来，随着能源需求不断增加，能源利用逐渐成为一个热门话题。

“能源节约型”的基本原则是高效利用能源。

焦炉燃烧过程的温度优化控制是实现节能的关键所在，因此，对焦炉燃烧过程温度优化控制系统的研究和应用具有十分重要的意义。

焦炉燃烧过程的温度控制是由各种参数导致的。

首先，焦炉的燃料水平以及空气流量和混合气氛是影响燃烧温度的主要因素。

此外，燃烧室外壳、燃料种类和烧结块的位置和数量也会影响温度。

为了控制燃烧温度，必须合理地调整这些参数。

为了有效地调节焦炉燃烧过程的温度，已经实现了诸多控制算法，其中包括模糊控制算法、神经网络控制算法、遗传算法、混合控制算法等。

模糊控制算法是一种最简单、应用最广泛的控制算法，可以有效地利用较为简单的系统模型，尤其适用于不确定系统。

神经网络控制算法利用深度学习技术，能够根据不断变化的系统进行调整，有效提高控制系统的准确性。

而遗传算法利用遗传算法优化算法，可以快速进行参数的调整，从而更精确地优化温度控制系统。

混合控制算法是在模糊控制、神经网络控制和遗传算法的基础上，将它们结合在一起，以实现更有效的温度控制。

此外，焦炉烧结过程温度控制系统还可以通过智能技术实现智能控制。

基于智能化技术，可以实现智能控制，其中包括智能调节系统、智能监控系统和智能诊断系统等。

例如可以采用智能系统，实时监测、监控系统温度变化，当系统温度接近指定温度时，自动调节燃料水平和空气流量等参数，以达到精确的温度控制，并提高系统的可靠性。

在实际应用中，焦炉烧结过程温度控制系统有广泛的应用，如钢铁行业、化工行业和建材行业。

它可以有效地控制焦炉内部温度，减少能耗，提高精度，实现更高效的焦炉烧结过程。

同时，随着近年来大数据和人工智能的发展，也为焦炉燃烧过程温度优化控制系统的研究和应用提供了更多的可能性。

本文简要介绍了焦炉燃烧过程温度优化控制的相关研究和应用。

首先，介绍了该控制系统的控制算法，包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法、混合控制算法等。

串级比例控制系统在燃烧炉系统中的应用分析项目背景：严格控制助燃风与工业天然气的比例，对工业节能应用有着非常重要的作用，对进一步控制燃烧炉的温度，有着基础作用，对产业的节能降耗有着非常重要的意义。

很多依靠燃烧天然气的热浸锌燃烧炉面临温度不稳定，燃气消耗量大等缺陷。

项目实施：下面是我根据业主要求做出的对工艺流程做出的优化控制方案。

仪表测点：热电偶4支，涡街流量计2台，压力开关1个，电动调节阀3台，电动速切阀2台，点火枪2支，火焰探测器2支，PLC控制系统一套。

方案说明：燃气管路及助燃风管路别人各自设置一台涡街流量计，分别检测各自流量，通过各自管路上的电动调节阀来调节天然气流量及助燃风流量的比值，进一步达到稳定燃烧炉温度的目的。

设置点火旁路，必要时可以通过手动点火旁路的电动调节阀来实现系统微调。

在燃气管路进口设置压力开关，燃气压力低时，联锁燃气管路的速切阀，来实现紧急切断燃气进口，保障系统及人身安全。

PLC系统配置：西门子S7-200系列PLC，CPU选用6ES7 214-1BD23-0XB0，AI模块选用6ES7 231-0HF22-0XA0，熱电偶模块选用6ES7 231-7PD22-0XA8，AO模块选用6ES7 232-0HD22-0XA0，触摸屏选用昆仑通态10.2'' TPC1062KX。

以下为PLC控制柜内元件布置图，及PLC模块接线原理图。

控制系统说明：天然气流量与助燃风流量的比值作为调节对象，通过各自管路的电动调节阀来调节，组成比例调节系统，该流量调节系统作为整个温度调节系统的内环，来实现最终稳定调节温度的目的。

整个系统中内环是流量调节系统，外环是温度调节系统，内环的输出作为外环的输入，这就是控制系统中典型的串级比例调节系统。

PLC编程：采用西门子S7-200系列，编程软件为STEP 7 - MicroWIN V4.0 incl. SP6，以下为编程过程及部分内容。

触摸屏组态：采用昆仑通态TPC1062KX，10吋触摸屏，组态软件为MCGSE 7.2（10.0001），以下为组态过程及部分内容。

DMC-PID串级控制在焦炉加热中的应用
盛娜;吴高锋;宁芳青
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2012(025)001
【摘要】针对焦炉加热的大惯性、大时滞和时变的特点,将动态矩阵(DMC)算法和PID串级控制相结合,并将此方法应用在焦炉加热系统中,进行了仿真研究.仿真结果表明,这种方案对控制系统具有较强的鲁棒性及良好的调节性能,提高了系统的动静态性能指标.
【总页数】2页(P42-43)
【作者】盛娜;吴高锋;宁芳青
【作者单位】安徽工业大学电气信息学院,安徽马鞍山243002;安徽工业大学电气信息学院,安徽马鞍山243002;安徽工业大学电气信息学院,安徽马鞍山243002【正文语种】中文
【相关文献】
1.DMC-PID串级控制在火电厂过热汽温控制中的应用研究 [J], 叶智;刘伟;杨新民
2.DMC-PID串级控制在精馏集散控制系统中的应用 [J], 杨秀芹;邹开凤;李瑞红;胡新生
3.DMC-PID串级控制在中药生产浓缩工段的应用 [J], 粟梅;徐扬;罗安
4.DMC-PID串级控制在CVT速比控制系统中的应用 [J], 刘金刚;周云山;邹乃威;蔡源春;苏建业
5.DMC-PID串级控制在拖轮动力定位系统中的应用 [J], 杨奕飞;吴艳艳;谈敏佳
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串级控制系统在天津石化2#延迟焦化管式加热炉上的应用【摘要】本文介绍了串级控制系统的基本概念及管式加热炉的基本原理，并详细介绍了串级控制系统在2#延迟焦化管式加热炉出口温度控制上的应用。

【关键词】单回路控制系统串级控制系统管式加热炉主回路副回路1 串级控制系统简介串级控制系统——两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。

串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。

前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称为主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称为副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。

整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。

主回路由主变量检测变送器、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。

副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成。

当扰动发生时，破坏了系统的稳定状态，调节器进行工作。

根据扰动施加点的位置不同，分情况进行分析。

通过分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。

副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。

2 管式加热炉简介管式加热炉是石油工业中重要装置之一，它的任务是把原油或重油加热到一定温度，以保证下一道工序（分馏或裂解）的顺利进行。

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。

加热炉是炼油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。

管式加热炉一般由四个主要部分组成：烟囱、对流室、辐射室及燃烧器。

焦炉自动加热技术及应用针对兖矿国际焦化有限公司7.63米焦炉人工测量焦炉加热温度，受测温点、测温时间、测温人员的熟练程度以及外部气候等因素的影响，测温精度低、误差大等情况，引入自动加热控制系统，实现资源高效利用、稳定炉温、降低能耗、提高焦炭质量的目的。

标签：焦炉；自动加热；优化控制1 焦炉加热系统现状山东兖矿国际焦化有限公司的7.63米焦炉加热工艺流程是根据焦炉生产负荷，人为确定标准温度，测量焦饼中心温度，根据焦饼温度曲线判断标准温度确定是否合理，直至调整合理标准温度。

不同焦炉生产负荷，对应不同的标准温度。

日常测量主要有焦炉直行温度、横排温度和炉头温度。

调火测温工每四小时测量一次直行温度，然后根据焦炉平均温度与标准温度的偏差，加减煤气流量、调整分烟道吸力。

每周测量一次炉头温度，半月测量一次横排温度。

人工测量焦炉加热温度，受测温点、测温时间、测温人员的熟练程度以及外部气候等因素的影响，测温精度低、误差大等情况，因此需要改进加热控制系统，实现资源高效利用、稳定炉温、降低能耗、提高焦炭质量、减少人工干预的目的。

2 焦炉加热系统存在的问题（1）焦炉加热温度的测量采用传统的人工测温方法。

调火测温工采用红外线测温仪瞄准立火道底部，人工测量受测温点、测温时间、测温人员的熟练程度以及外部气候条件等因素的影响，测温精度低，误差大；立火道底部温度不是均匀分布的，不同的人，选择不同的测量点，测量结果有很大的不同，测量点的偏移对测温的影响非常大。

（2）焦炉的加热过程是单个燃烧室间歇、全炉连续、受多种因素干扰的热工过程。

焦炉的热惯性非常大，增减煤气流量后，温度要在4～6小时以后才能反映出来[1]，另外测温时间间隔大，温度调节不及时，炉温波动大。

（3）焦炉用加热煤气为回炉煤气和一部分驰放气，根据生产及焦炉温度情况设定加热煤气流量进行控制。

驰放气流量的波动导致加热煤气热值波动，引起焦炉炉温波动，降低焦炉热工效率。

（4）空气过剩系数不合理。