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退火爐高精度溫度控制系統(tǒng)的詳細(xì)介紹

退火是鋼鐵企業(yè)冷軋產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的一道工序，而退火爐是連續(xù)退火機(jī)組極其關(guān)鍵的設(shè)備，退火爐爐溫控制效果直接影響冷軋產(chǎn)品的質(zhì)量，是連續(xù)退火控制關(guān)鍵技術(shù)之一。

由于退火爐本身大慣性、大滯后的特點(diǎn)，給其爐溫的高精度調(diào)節(jié)帶來了難度。目前在國內(nèi)的爐溫控制中，占主導(dǎo)地位的仍然是傳統(tǒng)簡單的PID溫度控制器。但傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)在處理退火爐這樣非線性、大時(shí)滯性且難以建立準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的控制對(duì)象時(shí)，存在著固有的缺陷，易造成振蕩、超調(diào)等現(xiàn)象。在常規(guī)的退火爐控制當(dāng)中，一般采用自動(dòng)控制的方法，這樣不僅可以有效的減短生產(chǎn)周期，降低成本，還能夠******程度上的減少污染。因此，研究性能高的退火爐溫度控制系統(tǒng)是非常必要的。

一、退火爐溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

高精度退火爐溫度控制系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：模糊控制型PID控制器、基于數(shù)據(jù)表的帶鋼參數(shù)修正器及快速升溫、降溫調(diào)節(jié)器、燃?xì)鈮毫ρa(bǔ)正器等。

二、退火爐溫度控制系統(tǒng)具體操作

1、模糊控制型PID控制器

PID控制是傳統(tǒng)的工業(yè)控制最經(jīng)典的控制方法之一，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低優(yōu)點(diǎn)。但是，這種常規(guī)的控制器適于小時(shí)延的穩(wěn)定調(diào)節(jié)過程，但對(duì)于退火爐爐溫控制這樣具有遲滯性、振蕩的被控過程，控制效果不佳。為此，采用經(jīng)典的PID控制與模糊控制相結(jié)合的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，既能夠解決上述的問題，又能夠在控制過程中，比常規(guī)的控制方式調(diào)節(jié)的時(shí)間短，而且穩(wěn)定性好，誤差小，最終達(dá)到******的控制效果。

（1）PID控制器

整個(gè)PID控制器的原理：由比例環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)組成，然后經(jīng)過三個(gè)環(huán)節(jié)之后給出一個(gè)輸出，送給被控對(duì)象。然后整個(gè)控制器根據(jù)輸出的結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，如果有偏差，就會(huì)反饋到比例、積分、微分三個(gè)環(huán)節(jié)之中，進(jìn)行再調(diào)節(jié)，組成了一個(gè)閉環(huán)的回路。

（2）模糊控制的優(yōu)點(diǎn)

模糊控制是現(xiàn)在工業(yè)控制中一種自動(dòng)的控制，而且應(yīng)用范圍比較廣泛，不僅應(yīng)用在工業(yè)控制中，而且應(yīng)用在家電的產(chǎn)品中。作為熟悉的操作員來講，不需要了解被控對(duì)象是否是精確的數(shù)字模型，只需要具有很熟悉的操作經(jīng)驗(yàn)就可以完成這個(gè)比較復(fù)雜的控制過程。如果能夠?qū)⑦@些熟悉的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)一下，用語言描述一下，就可以制定出符合被控對(duì)象的模糊控制庫。

（3）模糊PID控制

在響應(yīng)時(shí)間上和超調(diào)量上，模糊控制與常規(guī)的PID控制相比，具有響應(yīng)時(shí)間更短、超調(diào)量更小的優(yōu)勢，而且在控制過程中，被控對(duì)象不需要被了解，參數(shù)的變化不是很敏感。模糊控制的魯棒性很強(qiáng)，適應(yīng)性很強(qiáng)，對(duì)于一些非線性、時(shí)變有干擾的系統(tǒng)，模糊控制都可以進(jìn)行控制，但是模糊控制在控制時(shí)，其控制的量無法直接對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，需要借助一些常規(guī)的控制方法。研究基于模糊PID控制的退火爐溫度控制系統(tǒng)，把常規(guī)的PID控制的優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性能較好等特點(diǎn)與模糊控制的魯棒性強(qiáng)、適應(yīng)能力強(qiáng)結(jié)合起來，鑒于退火爐自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行控制，最終使系統(tǒng)的控制效果較佳。

三、基于數(shù)據(jù)表的帶鋼參數(shù)修正器、快速升/降溫調(diào)節(jié)器

生產(chǎn)中由于帶鋼規(guī)格及運(yùn)行參數(shù)、工藝設(shè)定參數(shù)改變而引起的爐溫波動(dòng)及調(diào)節(jié)具有可預(yù)見性，若在參數(shù)變化時(shí)提前給溫度控制器輸出一個(gè)預(yù)設(shè)定值，抑制爐溫的偏差變化，既可增加爐溫的響應(yīng)速度，亦可減小爐溫的波動(dòng)。預(yù)設(shè)定值可基于查詢退火爐保溫參數(shù)表及帶鋼工藝參數(shù)表相關(guān)數(shù)據(jù)并通過計(jì)算得出，數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)根據(jù)退火爐調(diào)試及生產(chǎn)期間真實(shí)記錄所得，也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先設(shè)定。

1、帶鋼參數(shù)修正器

修改包括2方面：①生產(chǎn)過程中帶鋼牌號(hào)修改，各段爐溫設(shè)定值及帶鋼速度需根據(jù)具體情況中工藝設(shè)定值修改；②牌號(hào)未更改，由于某故障因素造成帶速的急速下降，及故障排除后帶速的急速上升。當(dāng)生產(chǎn)過程中帶鋼參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，帶鋼參數(shù)修正器先將PID置于手動(dòng)模式并直接將PID輸出賦值于計(jì)算獲得的理論負(fù)荷值，隨后將PID轉(zhuǎn)入自動(dòng)模式對(duì)爐溫設(shè)定值進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)。

2、快速升/降溫調(diào)節(jié)器

此調(diào)節(jié)器主要用于當(dāng)退火爐由保溫狀態(tài)轉(zhuǎn)換至生產(chǎn)狀態(tài)，或由生產(chǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)至保溫狀態(tài)時(shí)，需爐溫快速上升至工藝溫度值或快速下降至保溫溫度的情況。

四、煤氣壓力修正

退火爐采用煤氣輻射管進(jìn)行加熱，當(dāng)煤氣、空氣壓力在穩(wěn)定值時(shí)，煤氣空氣在燒嘴內(nèi)混合燃燒產(chǎn)生的火焰長度******，燒嘴工作在額定狀態(tài)下，傳熱效率最高。實(shí)際生產(chǎn)中，受煤氣外管網(wǎng)壓力波動(dòng)的影響，或管網(wǎng)煤氣減壓閥組工作特性的影響，會(huì)造成退火爐的煤氣壓力發(fā)生改變。至退火爐煤氣壓力過高時(shí)，會(huì)使調(diào)節(jié)閥關(guān)至最小開度值后至燒嘴的煤氣壓力仍舊偏高，造成燒嘴內(nèi)火焰長度增長，燒嘴燃燒超出額定狀態(tài)，在爐段負(fù)荷給定值未發(fā)生改變的情況下爐溫升高；煤氣壓力過低，調(diào)節(jié)閥開至******仍無法達(dá)到額定壓力，造成燒嘴火焰減小，燒嘴熱功率及熱效率降低，使在爐段負(fù)荷給定值未發(fā)生改變的情況下爐溫降低。

結(jié)語

火爐在金屬熱處理當(dāng)中是非常重要的一道工序，因?yàn)榻饘俳?jīng)過適中溫度的熱處理之后就會(huì)有很好的物理性能，較低的溫度，會(huì)使材料的受熱不均勻；過高的溫度，會(huì)使金屬過燒。但是當(dāng)前常規(guī)的溫度控制器,其控制參數(shù)不是整定困難就是根木無法整定,因此不能得到滿意的控制效果。同時(shí)，傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)在處理退火爐這樣非線性、大時(shí)滯性且難以建立準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的控制對(duì)象時(shí)，都存有固有的缺陷，易造成振蕩、超調(diào)等現(xiàn)象。因此，使用高精度的溫度控制器是形勢要求，本文主要分析了一種高精度溫度控制器的結(jié)構(gòu)，望對(duì)相關(guān)人員有學(xué)習(xí)借鑒意義。

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