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提高加热炉温控精度黄玉宇

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第12期作者：黄玉宇

[导读] 摘要：加热炉的温度控制一直是分厂仪表组的重要课题，这个课题不仅仅关系到加热炉钢坯的加热工艺的执行，也关系到能源的利用效率。

        江阴兴澄特种钢铁有限公司江苏江阴 214400
        摘要：加热炉的温度控制一直是分厂仪表组的重要课题，这个课题不仅仅关系到加热炉钢坯的加热工艺的执行，也关系到能源的利用效率。现有的温度控制模型采用的是PID调节方式，相对于复杂的二级控制，此模型参数比较简单，只有三个参数值，本文主要讲述通过调整PID参数等方式完成对加热炉温度控制精度的提升，同时也分享了本人作为仪表责任工程师处理仪表设备故障的一些心得，请同行多多指导。
        关键词：加热炉PID、温度控制、仪表
        Improving temperature control precision of reheating furnace
        Huangyuyu
        Jiangyin Xingcheng Special Steel Co. , Ltd.Jiangyin Jiangsu 214400
        ABSRTACT: The temperature control of reheating furnace is always an important topic for the Instrument Group of the branch plant. This topic is not only related to the reheating process of reheating furnace billet, but also related to the efficiency of energy utilization. The existing temperature control model adopts PID control mode. Compared with the complicated secondary control, the parameters of this model are relatively simple, with only three parameter values, this paper mainly describes how to improve the temperature control precision of heating furnace by adjusting PID parameters, and at the same time, I also share my experience as the instrument responsibility engineer to deal with instrument equipment failure.
        Key words: Heating Furnace Pid, temperature control, instrument
        1加热炉温控介绍
        加热炉根据其功能分为四段：预热段、加一段、加二段和均热段。每一段的加热工艺有不同的设定温度值，加热炉温控系统主要就是让加热炉检测反馈温度在设定值小范围内浮动，达到控制标准。但是加热炉是一个很复杂的系统，无法知道燃料在气压下是否可以完成均匀混合，无法知道加热炉内掉落的氧化皮要吸收掉多少的热能值，单纯的炉压增大后，推开炉门，冷气流的引入都会造成温度控制的波动。加热炉使用的温度控制是一个闭环系统，主要参与的环节是：现场温度采集作为反馈，信号处理、PLC中PID功能块输出、执行器。所以提高加热炉温度控制精度需要从这几个环节入手。
        2提高加热炉温控精度方向
        为了提高加热炉温控精度，通过控制闭环分析，首先我们考虑温度的采集反馈，提高温度采集的精度直接可以提高加热炉炉温的控制精度，加热炉内温度很高，现有炉温的检测方式只有通过热电偶深入检测，确保热电偶检测温度的准确性才能提高温控精度，不然温控的目标值都是检测错误会造成钢坯的过烧或温度达不到，直接影响着温度控制模型的输出。

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其次是PID功能块的输入，在现有的程序中，所有的PID都是在OB35中调用FB41完成，虽然每一段的加热功能不一样，但是PID参数设置并没有做过多的区分，都是使用了同一组的比例、积分和微分参数，这就造成了每一段的温度控制都没有区分，无法应对实际问题，比如打扰动问题，而且控制延迟性较大、稳定性较差。最后是执行机构，执行机构现有的使用的是气动阀门定位器，由于仪表气较脏，加热炉使用的环境灰尘较多，经常造成内部结构卡死，使得阀门无法打开到设定的开度值，从而降低了温度精度控制。
        3提高加热炉温控精度方案
        热电偶检测问题处理，建立对比热电偶数据，在每一段设定了三个热电偶，装在加热炉的两侧和顶部，在段与段之间的交界处增加一个炉顶热电偶，每一段的温度通过三个采集数据进行对比，让操作人员及时发现问题，可以把错误的温度控制反馈的数据从正确的温度反馈数据中排除出去，在画面上做温度曲线，当曲线突变时，说明检测元件发生了异常。通过对现场环境的分析，确定了以下几种情况会对热电偶的检测产生影响，并对应进行了改进：（1）检测孔过大，导致热电偶外壳烧坏，造成温度检测不准，现孔洞周围塞石棉进行隔热。（2）热电偶插入深度不对，造成检测数据异常。重新对热电偶插入深度进行规范，通过对比性实验（三个数据中一个插入深度改变），确定插入深度在11CM，数据较为精确。（3）当热电偶温度曲线显示缓慢变化下降，说明了热电偶的外壳发生了断裂，但是热电偶的丝仍然形成了回路，需要及时更换掉热电偶，防止对温度反馈造成影响。
        PID参数的优化设置，重新设定比例、积分和微分数据，在参考之前的设定值，作出以下的参数调整，提高温度模型在面对温度扰动时的高反应，PLC中程序编程如下：在OB35中调用FB41，使用默认PID，为了实现扰动分段式调节，需要设置上背景数据块，这样PID调用时当端口没有设定值，就会对背景数据块进行调用，实现了不同对应情况下的PID调节参数设定。当扰动数据大于设定值的20%以上，设定的比例环节的数据设定为9（之前的比例环节数据设定为6），为了提高对稳态的控制，减小TI的数据，减少数值为2，增加微分数据0.2，防止系统震荡，并且提高在发生大扰动时的动态特性，提高温控的精度。
        阀门定位器问题处理，保证仪表气的清洁度，在仪表气压缩罐出口设置好过滤装置，并且改进阀门定位器的滤芯，改变原有的纸质滤芯，改为陶瓷滤芯，并在定位器气路中安装解压阀，确保气源的压力稳定正常。阀门定位器采用密闭接线，并周期性对定位器内部进行清灰，确保定位器内部清洁，防止仪表中转向舵轮积灰后动作不灵活造成的执行延时性大，周期性对阀门定位器进行开度25%、50%、75%和100%的校验，通过阀门定位器中的微调杆进行相对位置的调整，提高执行机构的精度。
        4本人的一些经验
        加热炉仪表的维护是确保加热炉正常运行的重点之处，也是确保加热炉温度控制的前提，提高加热炉温控的精度就是需要把这些仪表的检测数据的精度提升上去，在任职期间，对加热炉的所有检测仪表进行了排查，淘汰了一些维护性差的功能性差的仪表，引进高精度检测仪表，根据加热炉平面图，重新制定现场数据采用管的取样位置，保证数据的代表性，同时制定了仪表周期性校验实验方式，在主电室引入了实验气源，对检测仪表进行校验，做好校验台账。
        5结束语
        通过对提高加热炉温度控制精度提升项目的探讨，可以知道仪表专业在加热炉生产中的重要性，加热炉环境恶劣，高温辐射、水汽腐蚀、烟尘灰尘，这些都会对高精度仪表仪器造成影响，在维护过程中一定要对仪表做好防护，确保加热炉仪表的正常工作。
        参考文献
        [1]张仑.可编程序控制器中 PID 控制的研究[J].电子电气教学学报,2005（3）.
        [2]邵裕森,巴筱云. 过程控制及仪表. 机械工业出版社, 1999
        [3]丁镇生.传感器及传感技术应用[M].北京:电子工业出版社,1998.