CN106468447A - 脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节装置及方法，本装置中温度传感器信号输出端经模/数转换器连接PID控制器温度信号输入端，主控制器控制端连接PID控制器控制信号输入端，PID控制器控制信号输出端连接燃烧器。本方法由温度传感器检测炉窑两侧的温度信息并由PID控制器根据炉窑两侧的实际温度差与设定温度差对比，计算出炉窑两侧燃烧器延长和缩短的燃烧时间；燃烧时间依据补偿系数而定，补偿系数通过手动或自动方式设定，主控制器通过PID控制器按补偿后的燃烧时间控制燃烧器在一个周期内的燃烧时间。本装置及方法实现炉窑温度调节范围广、燃烧器供热量合理分配以及坯料差异化加热，保证了轧制工艺的实施，提高了产品质量。

Description

脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节装置及方法

技术领域

本发明涉及轧钢加热炉的燃烧控制装置领域，尤其涉及一种脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节装置及方法。

背景技术

通常，脉冲燃烧炉在炉窑两侧对称布置有燃烧器，且两侧的对称温度控制区为同一温控区，采用同一温度控制器对燃烧器进行供热调节且两侧供热量相同。但不同轧钢企业由于不同的制造管理工艺要求，其轧机对不同品种坯料有不同的轧制工艺需求。目前行业内各主流轧钢企业的轧制工艺基本趋于成熟，对于一些品种钢的轧制均要求坯料进入轧机前呈现头低尾高的温度分布以满足轧制工艺需求，且不同钢种、不同轧制工艺对坯料头尾温差的要求也有较大差异。对于热轧板坯轧制工艺，由于薄板轧制道次多，坯料在经历多道次轧制过程中不断散失热量，过多的热量散失会使坯料后半段温度低于轧制工艺要求的温度，从而导致轧制缺陷的产生，或影响成材率，亦或影响整体产品质量，给轧钢企业带来较大影响。此种工艺要求条件下，传统脉冲燃烧炉无法向轧机提供呈现温度头低尾高的差异化加热的坯料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节装置及方法，本装置及方法克服了传统脉冲燃烧炉的燃烧器控制单一的缺陷，实现脉冲燃烧炉温度调节范围广、燃烧器供热量合理分配以及坯料差异化加热，保证了轧制工艺的实施，提高了产品质量。

为解决上述技术问题，本发明脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节装置包括燃烧器，所述燃烧器对称分布于脉冲燃烧炉炉窑的两侧,还包括温度传感器、模/数转换器、PID控制器和主控制器，所述温度传感器设于脉冲燃烧炉炉窑的两侧并且位于所述燃烧器的上方，所述温度传感器的信号输出端经所述模/数转换器连接所述PID控制器的温度信号输入端，所述主控制器的控制端连接所述PID控制器的控制信号输入端，所述PID控制器的控制信号输出端分别连接所述燃烧器。

进一步，所述温度传感器是热电偶，所述主控制器是可编程控制器、单片机或工控机。

脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节方法包括如下步骤：

步骤一、通过温度传感器将脉冲燃烧炉炉窑两侧的温度信息经模/数转换器传输入PID控制器，PID控制器根据炉窑两侧的温度传感器反馈的实际温度差与设定温度差对比，并且计算出炉窑两侧燃烧器分别延长和缩短的燃烧时间；

步骤二、设设定温度差和温度传感器反馈的实际温度差的差值为Δt，燃烧时间的初始值为t₀，燃烧时间的补偿系数为ε，则补偿后的燃烧时间为t₀×(1+ε)，其中ε为正值表示延长燃烧时间、负值表示缩短燃烧时间，其值的确定采用PID控制器的手动或自动方式，

采用手动方式时，ε值由人工输入，并且ε∈[0,1]，

采用自动方式时，ε值由PID控制器根据设定温度差和实际温度差的差值Δt自动设定；

步骤三、主控制器通过PID控制器分别按补偿后的燃烧时间控制燃烧器在一个周期内的燃烧时间。

进一步，采用自动方式时，PID控制器按下列设定补偿系数ε值，

当0≤Δt＜20时，0≤ε＜0.2；

当20≤Δt＜40时，0≤ε＜0.4；

当40≤Δt＜60时，0≤ε＜0.6；

当60≤Δt＜80时，0≤ε＜0.8；

当80≤Δt＜+∞时，0≤ε＜1。

进一步，PID控制器控制燃烧器的燃烧时，补偿系数ε的确定方式采用连锁方式或独立方式，

采用连锁方式时，炉窑上部燃烧器的补偿系数ε值与对应的炉窑下部燃烧器的补偿系数ε值相等，

采用独立方式时，炉窑上部和下部燃烧器的补偿系数ε值分别由人工输入并且ε∈[0,1]。

由于本发明脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节装置及方法采用了上述技术方案，即本装置中燃烧器对称分布于脉冲燃烧炉炉窑的两侧,温度传感器位于燃烧器的上方并且信号输出端经模/数转换器连接PID控制器的温度信号输入端，主控制器的控制端连接PID控制器的控制信号输入端，PID控制器的控制信号输出端连接燃烧器。本方法通过温度传感器检测炉窑两侧的温度信息并由PID控制器根据炉窑两侧的实际温度差与设定温度差对比，计算出炉窑两侧燃烧器分别延长和缩短的燃烧时间；燃烧时间依据补偿系数而定，补偿系数通过手动方式或自动方式设定，主控制器通过PID控制器分别按补偿后的燃烧时间控制燃烧器在一个周期内的燃烧时间。本装置及方法克服了传统脉冲燃烧炉的燃烧器控制单一的缺陷，实现脉冲燃烧炉温度调节范围广、燃烧器供热量合理分配以及坯料差异化加热，保证了轧制工艺的实施，提高了产品质量。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本发明脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节装置包括燃烧器1，所述燃烧器1对称分布于脉冲燃烧炉炉窑10的两侧,还包括温度传感器2、模/数转换器3、PID控制器4和主控制器5，所述温度传感器2设于脉冲燃烧炉炉窑10的两侧并且位于所述燃烧器1的上方，所述温度传感器2的信号输出端经所述模/数转换器3连接所述PID控制器4的温度信号输入端，所述主控制器5的控制端连接所述PID控制器4的控制信号输入端，所述PID控制器4的控制信号输出端分别连接所述燃烧器1。

优选的，所述温度传感器2是热电偶，所述主控制器5是可编程控制器、单片机或工控机。

一种脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节方法包括如下步骤：

步骤一、通过温度传感器将脉冲燃烧炉炉窑两侧的温度信息经模/数转换器传输入PID控制器，PID控制器根据炉窑两侧的温度传感器反馈的实际温度差与设定温度差对比，并且计算出炉窑两侧燃烧器分别延长和缩短的燃烧时间；

步骤二、设设定温度差和温度传感器反馈的实际温度差的差值为Δt，燃烧时间的初始值为t₀，燃烧时间的补偿系数为ε，则补偿后的燃烧时间为t₀×(1+ε)，其中ε为正值表示延长燃烧时间、负值表示缩短燃烧时间，其值的确定采用PID控制器的手动或自动方式，

采用手动方式时，ε值由人工输入，并且ε∈[0,1]，

采用自动方式时，ε值由PID控制器根据设定温度差和实际温度差的差值Δt自动设定；

步骤三、主控制器通过PID控制器分别按补偿后的燃烧时间控制燃烧器在一个周期内的燃烧时间。

优选的，采用自动方式时，PID控制器按下列设定补偿系数ε值，

当0≤Δt＜20时，0≤ε＜0.2；

当20≤Δt＜40时，0≤ε＜0.4；

当40≤Δt＜60时，0≤ε＜0.6；

当60≤Δt＜80时，0≤ε＜0.8；

当80≤Δt＜+∞时，0≤ε＜1。

优选的，PID控制器控制燃烧器的燃烧时，补偿系数ε的确定方式采用连锁方式或独立方式，

采用连锁方式时，炉窑上部燃烧器的补偿系数ε值与对应的炉窑下部燃烧器的补偿系数ε值相等，

采用独立方式时，炉窑上部和下部燃烧器的补偿系数ε值分别由人工输入并且ε∈[0,1]。

本装置中PID控制器为比例-积分-微分控制器，其由比例单元 P、积分单元 I 和微分单元 D 构成，并通过Kp， Ki和Kd三个参数设定各单元的控制系数，PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。PID 控制器是工业控制应用中常用的控制器，其将收集到的数据与一个设定的参考值进行比较，然后将这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。与其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。因此本装置由PID控制器通过温度传感器采集炉窑两侧的温度差，并在主控制器的控制下，根据轧制工艺的需要，实施燃烧器的燃烧时间控制，达到坯料差异化加热的目的。

本方法在主控制器的控制下通过PID控制器进行燃烧器供热调节，对炉窑两侧燃烧器供热按一定比例分配，由PID控制器根据两侧实际温度差与设定温度差进行对比并计算出分配比例，传送相应指令给燃烧器执行；燃烧器的分配比例可进行动态地自动调节，从而实现坯料差异化加热的自动调节，满足轧制工艺的要求，有效提高坯料轧制成材率与产品质量。使得炉窑温度调节范围广，供热量分配合理，实现炉窑温度的自动化调控及坯料的差异化加热。

Claims (5)

1.一种脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节装置，包括燃烧器，所述燃烧器对称分布于脉冲燃烧炉炉窑的两侧，其特征在于：还包括温度传感器、模/数转换器、PID控制器和主控制器，所述温度传感器设于脉冲燃烧炉炉窑的两侧并且位于所述燃烧器的上方，所述温度传感器的信号输出端经所述模/数转换器连接所述PID控制器的温度信号输入端，所述主控制器的控制端连接所述PID控制器的控制信号输入端，所述PID控制器的控制信号输出端分别连接所述燃烧器。

2.根据权利要求1所述的脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节装置，其特征在于：所述温度传感器是热电偶，所述主控制器是可编程控制器、单片机或工控机。

3.一种脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、通过温度传感器将脉冲燃烧炉炉窑两侧的温度信息经模/数转换器传输入PID控制器，PID控制器根据炉窑两侧的温度传感器反馈的实际温度差与设定温度差对比，并且计算出炉窑两侧燃烧器分别延长和缩短的燃烧时间；

步骤二、设设定温度差和温度传感器反馈的实际温度差的差值为Δt，燃烧时间的初始值为t₀，燃烧时间的补偿系数为ε，则补偿后的燃烧时间为t₀×(1+ε)，其中ε为正值表示延长燃烧时间、负值表示缩短燃烧时间，其值的确定采用PID控制器的手动或自动方式，

采用手动方式时，ε值由人工输入，并且ε∈[0,1]，

采用自动方式时，ε值由PID控制器根据设定温度差和实际温度差的差值Δt自动设定；

步骤三、主控制器通过PID控制器分别按补偿后的燃烧时间控制燃烧器在一个周期内的燃烧时间。

4.根据权利要求3所述的脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节方法，其特征在于：采用自动方式时，PID控制器按下列设定补偿系数ε值，

当0≤Δt＜20时，0≤ε＜0.2；

当20≤Δt＜40时，0≤ε＜0.4；

当40≤Δt＜60时，0≤ε＜0.6；

当60≤Δt＜80时，0≤ε＜0.8；

当80≤Δt＜+∞时，0≤ε＜1。

5.根据权利要求3所述的脉冲燃烧炉坯料差异化加热自动调节方法，其特征在于：PID控制器控制燃烧器的燃烧时，补偿系数ε的确定方式采用连锁方式或独立方式，

采用连锁方式时，炉窑上部燃烧器的补偿系数ε值与对应的炉窑下部燃烧器的补偿系数ε值相等，

采用独立方式时，炉窑上部和下部燃烧器的补偿系数ε值分别由人工输入并且ε∈[0,1]。