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焦?fàn)t的加熱過(guò)程是單個(gè)燃燒室間歇、全爐連續(xù)、受多種因素干擾的熱工過(guò)程，是一個(gè)典型的大慣性、非線(xiàn)性、時(shí)變快且受到多種擾動(dòng)因素影響的復(fù)雜系統(tǒng)，其加熱控制難度較其它工業(yè)窯爐要大得多【3】。傳統(tǒng)意義上PLC或DCS系統(tǒng)通常應(yīng)用的單回路PID控制方式已不能完全適應(yīng)目前生產(chǎn)上對(duì)溫度精確控制的需要。因此，應(yīng)用較為先進(jìn)的控制方式和手段對(duì)焦?fàn)t溫度進(jìn)行控制已成為各個(gè)焦化廠進(jìn)行技術(shù)改造的必然趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐檢驗(yàn)，本文提出了一種基于DCS系統(tǒng)內(nèi)的、應(yīng)用西門(mén)子PCS系統(tǒng)自帶的控制器構(gòu)成的以反饋為主輔之以前饋來(lái)對(duì)焦?fàn)t火道溫度進(jìn)行控制的方案。
火道溫度在焦?fàn)t生產(chǎn)中的作用

焦?fàn)t火道溫度系在下降氣流底部火嘴和鼻梁磚間的大磚溫度，鑒于目前溫度檢測(cè)儀器上的原因以及火道溫度點(diǎn)的特殊位置，實(shí)際的焦?fàn)t火道溫度一般難以準(zhǔn)確測(cè)量。目前國(guó)內(nèi)焦化廠均采用火道直行溫度來(lái)反映焦?fàn)t溫度。焦?fàn)t全爐溫度用機(jī)、焦側(cè)側(cè)溫火道平均溫度來(lái)代表，全爐總供熱的調(diào)節(jié)（以加減煤氣和空氣的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)）應(yīng)當(dāng)使機(jī)、焦側(cè)測(cè)溫火道平均溫度符合工藝所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度，并保持穩(wěn)定。作為衡量全爐溫度的穩(wěn)定性重要指標(biāo)，反映焦?fàn)t穩(wěn)定穩(wěn)定性的指標(biāo)一般用直行溫度的安定系數(shù)Kc來(lái)衡量，Kc能否接近1并保持穩(wěn)定，對(duì)焦炭質(zhì)量的提高、降低耗熱量以及延長(zhǎng)焦?fàn)t爐齡至關(guān)重要【4】?？刂圃?br />
傳統(tǒng)PLC或DCS控制方式是當(dāng)班煉焦測(cè)溫工每隔四小時(shí)在交換前后從焦?fàn)t爐頂測(cè)量直行溫度并計(jì)算出平均溫度后，根據(jù)計(jì)算出來(lái)的平均溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度比較產(chǎn)生偏差進(jìn)行煤氣流量的增減以達(dá)到控制溫度始終保持在標(biāo)準(zhǔn)溫度允許范圍內(nèi)的偏差內(nèi)。這種控制方式對(duì)溫度和吸力的控制存在著比較大的滯后性，而且由于是人工加減煤氣流量（或者壓力），加之煤氣熱值隨著供氣設(shè)備的情況存在著不穩(wěn)定性和操作人員主觀上的偏差，實(shí)際操作時(shí)經(jīng)常會(huì)造成溫度大幅度波動(dòng)影響焦?fàn)t溫度參數(shù)，從而影響焦炭質(zhì)量和整個(gè)焦?fàn)t工況變化。因此，我們?cè)谝酝?jiǎn)單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用了復(fù)雜控制系統(tǒng)中的串級(jí)控制方式進(jìn)行爐溫的調(diào)節(jié)。串級(jí)控制方案中分別以火道溫度和煤氣流量（或者煤氣管道上的壓力）為主、副回路的被控參數(shù)。采用這種控制方式就可以在測(cè)溫工將直行火道溫度測(cè)量并計(jì)算出平均值后轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的流量值（或者壓力值）輸入進(jìn)PID控制器上的設(shè)定值內(nèi)，由控制器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況整定好的比例、積分或微分方式進(jìn)行較為準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，從而避免人為加減煤氣流量而導(dǎo)致溫度大起大落的現(xiàn)象。由于焦?fàn)t火道溫度經(jīng)常會(huì)隨一系列因素（比如裝煤量和裝煤水分、加熱煤氣熱值、空氣過(guò)剩系數(shù)、檢修時(shí)間等等）的變化而波動(dòng)，因此，在串級(jí)控制基礎(chǔ)上，如果現(xiàn)場(chǎng)具備煤氣熱值儀和煤水分在線(xiàn)檢查儀表裝置情況，還可以將煤氣熱值和煤水分參數(shù)引入控制系統(tǒng)中作為系統(tǒng)的前饋參數(shù)進(jìn)行控制，效果會(huì)更好?？刂圃韴D見(jiàn)圖2所示?？刂撇呗?br />
SIMATIC PCS7是西門(mén)子公司在TELEPERM系列集散系統(tǒng)和 S5、S7系列可編程控制器的基礎(chǔ)上，結(jié)合先進(jìn)的電子制造技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、圖形及圖像處理技術(shù)、冗余技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及先進(jìn)自動(dòng)化控制技術(shù)開(kāi)發(fā)的面向工業(yè)工藝過(guò)程控制應(yīng)用場(chǎng)合的新一代過(guò)程控制系統(tǒng)【1】。作為一個(gè)真正意義上的DCS系統(tǒng)，PCS7系統(tǒng)在連續(xù)過(guò)程變量的處理和實(shí)現(xiàn)上體現(xiàn)出了其強(qiáng)大的功能，尤其是在處理連續(xù)過(guò)程變量控制以及進(jìn)行復(fù)雜控制方面表現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)焦?fàn)t生產(chǎn)中直行火道溫度與流量（或者壓力）之間的關(guān)系，焦?fàn)t火道溫度控制系統(tǒng)也就完全可以用PCS7系統(tǒng)中集成的PID控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制要求。從系統(tǒng)原理分析中可以知道，爐溫控制原理從結(jié)構(gòu)上看其實(shí)就是一個(gè)串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而串級(jí)系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)雙回路閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是把兩個(gè)PID調(diào)節(jié)器串接起來(lái)，通過(guò)它們的協(xié)調(diào)工作，使一個(gè)被控量準(zhǔn)確地保持為生產(chǎn)工藝要求的給定值。通常情況下串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的對(duì)象慣性小，工作頻率高，而主環(huán)慣性大，工作頻率也低?；诖?，為了提高系統(tǒng)的控制性能合品質(zhì)，主副環(huán)的工作頻率應(yīng)錯(cuò)開(kāi)在相差三倍以上，以免頻率相近時(shí)發(fā)生共振現(xiàn)象而破壞正常工作。串級(jí)控制系統(tǒng)可以看作一個(gè)閉合的副回路代替了原來(lái)的一部分對(duì)象，可以起到改善對(duì)象特征的作用。除了克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)外，還提高了系統(tǒng)的工作頻率，加快過(guò)渡過(guò)程，避免擾動(dòng)的產(chǎn)生。

PCS7環(huán)境下的串級(jí)控制回路由兩個(gè)PID（FB61）控制器構(gòu)成如圖4所示，其中主回路控制器接收焦?fàn)t直行火道溫度（由于在技術(shù)上火道溫度難以在線(xiàn)檢測(cè)，根據(jù)焦?fàn)t蓄熱室頂部溫度與火道溫度存在著一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，所以可以用蓄熱室頂部溫度通過(guò)擬合后得到的模擬火道溫度進(jìn)行替代，這樣就使難以在線(xiàn)測(cè)量的火道溫度模擬為連續(xù)變化的過(guò)程參數(shù)參與到串級(jí)控制系統(tǒng)中），其輸出值送入副回路的外部給定設(shè)置點(diǎn)作為副回路的給定值；副回路接受加熱煤氣流量（或者壓力）和主回路的外部設(shè)定值，其輸出值送入串級(jí)控制器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)煤氣管道上孔板的開(kāi)度來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)火道溫度的目的。主副調(diào)節(jié)控制器連接見(jiàn)圖4。