过程控制系统课程设计--加热炉

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1、 1 目录 一、设计目的 2 二、设计要求 2 三、实现过程 3 1、系统概述 . 3 1.1 加热炉 3 1.2 加热炉工艺过程 4 1.3 控制参数的选择及控制燃烧方案的确定 . 4 1.4 加热炉的工艺结构及其设备组成 5 1.5 生产线的特点 . 6 2、 设计与分析 . 6 2.1 加热炉生产工艺和控制要求 . 6 2.2 燃烧控制系统及仿真 7 四总结 . 11 五、附录 . 12 六、参考文献 12 2 一、设计目的一、设计目的 经过一个学期的过程控制系统课程的学习，对过程控制有了一个基本的了 解。然而仅仅在理论方面是远远不够的，需要将所学的应用于实际生产过程中， 只有这样才能真

2、正的对过程控制有一个比较深入的认识， 为以后的学习和工作打 下一个良好的基础。通过这次课程设计，我们可以了解具体生产工业过程控制系 统设计的基本步骤和方法。同时也对氧化铝的生产工艺有一个大概的认识，只有 弄清楚生产工艺对控制的具体要求，才能去设计一个过程控制系统。同时： 1、提高对所学自动化仪表和过程控制的原理、结构、特性的认识和理解， 加深对所学知识的巩固和融会贯通。 2、针对一个小型课题的设计开发，培养查阅参考书籍资料的自学能力，通 过独立思考，学会分析问题的方法。 3、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。 4、培养学生严谨的工作作风，相互合作的团队精神，提高其综合素质，获

3、 得初级工程应用经验，为将来从事专业工作建立基础。 二、设计要求二、设计要求 燃烧量对蒸汽母线压力： 2 1 ( ) 1001 Gs ss 1、查阅资料，深入掌握钢铁工业过程的工作原理及控制要求，绘制出钢铁 工业生产过程工艺流程图。 2、设计控制方案。 (1) 根据燃烧对象特性及控制要求，完成燃烧量的选择、执行器、变送器的 选择、控制仪表选择等方案设计。 (2) 绘制完整的系统工艺流程图，按工程要求标注所有仪表和变量。 3、采用 MATLAB/Matlab 工具，完成系统仿真，验证以下内容： (1) 系统跟踪能力、抗干扰能力的仿真。 (2) 控制器参数整定过程。 3 三、实现过程三、实现过程

4、1、系统概述、系统概述 1.1 加热炉加热炉 热连轧是钢铁工业的一个重要环节。炼钢连铸的钢坯在钢坯库冷却后，必须 经过加热炉按照特定的工艺曲线加热后才能送往热轧线进行轧制， 它在炼钢生产 和连续性轧钢生产之间起缓冲、平衡作用。加热炉是热连轧厂中钢坯加热用的设 备，它将冷钢坯加热到轧制要求的目标温度，并使其温度均匀。加热炉的控制系 统直接影响到钢坯的产量、质量和成本。为了充分发挥连轧机的生产能力，要求 加热炉提高炉床负荷，因此有必要增强对加热炉的控制。 加热炉属室状炉类型，即炉温是随时间而变的。加热炉要根据钢坯的材质、 尺寸规格、 装炉温度、 出炉温度等， 确定炉子的加热制度， 即确定加热升温曲

5、线， 包括各阶段的加热温度、加热时间、加热速度、保温时间。 加热炉在保证安全运行及完成加热钢坯任务的同时，还要考虑高效及经济地 燃烧。因此当加热炉控制系统的负荷及煤气的质量等因素发生波动时，应当考虑 4 采用何种合理有效的控制手段，能使加热炉内的炉膛温度、炉膛压力、排烟温 度等参数稳定在控制范围之内，并且能够使加热炉工作在最佳燃烧区内。 加热炉的结构图如下所示： 4 1.2 加热炉工艺过程加热炉工艺过程 由连铸出坯辊道送来的板坯在装料辊道上自动测量板坯长度， 合格板坯经电 子称量装置称量后准备人炉。 炉子为双排料，装料端设置两台装料推钢机，板坯由装料辊道运至装料机口 定位后，装料推钢机将板坯从

6、装料辊道上推到炉子固定梁上，当需要入炉时计算 机的控制系统发出指令，炉门升起，炉内步进梁再将其托起、前进、下降、后退， 完成一个步进行程，而板坯向前移运了一个步距。如此周而复始，板坯自装料端 按顺序经过炉子预热段、加热段、均热段，一步步地移送到炉子的出料端。在出 料端，激光检测器检测到板坯边缘并在步进梁完成一个水平行程运动后，算出板 坯位置，当炉子接到要钢信号后再自动开启出料炉门，用出钢机将加热好的板坯 取出后， 直接放在出料辊道上， 出料辊道为单传辊道。 当步进梁需要分段操作时， 在两段步进梁的分段区域内设置一组激光检测器， 经检测确认分段区域没有钢坯 时，才能进行步进梁按工艺要求的分段操作。加热炉的工艺过程图如下所示： 1.3 控制参数的选择及控制燃烧方案的确定控制参数的选择及控制燃烧方案的确定 5 1）控制参数的选择 燃烧过程的控制有以下三个基本要求： a）保证炉膛内温度稳定，能按要求自动增减燃料量； b） 燃烧良好，供气适宜，既要防止由于空气不足使烟囱冒黑烟，也不要因 空气过量而增加热量损失； c） 保证锅炉安全运行。保证炉膛一定的负压，以免负压太小，甚至为正， 造