一种用于钢带炉的温度控制方法及系统与流程

1.本发明涉及钢带炉温度控制技术领域，特别地，涉及一种用于钢带炉的温度控制方法及系统。


背景技术：

2.钢带炉广泛应用于烘干、还原、热解等领域，精准控温是钢带炉稳定运行的重要指标，目前，钢带炉的加热方式主要有电阻丝加热和天然气加热，均通过pid控制器闭环调节控温，相比电阻丝加热方式，燃气加热相对成本更低更节能。
3.现有技术中，通过调节烧嘴比例开度输送助燃气进行控温，采用通过比例调节方式调节燃气阀或助燃风阀开度均在0－100％之间进行自动控制，在pid输出比例调节过程中，达到最优空燃比之前会存在不平衡燃烧状态，存在助燃气燃烧不充分、燃烧效率低能耗大、燃烧烟气指标不达标的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明提供的用于钢带炉的温度控制方法，解决了现有的调节炉膛内的温度时存在天燃气燃烧不充分的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种用于钢带炉的温度控制方法，包括如下步骤：s10，根据炉膛的当前实际温度、预设的升温速率以及当前目标温度，生成目标控制参数，目标控制参数包括做功循环周期时长以及处于每一个做功循环周期时长内的燃气接通时长；s20，燃气控制阀根据目标控制参数，在每一个做功循环周期时长内向炉膛内持续输送燃气接通时长的助燃气，助燃气与助燃风在炉膛内混合形成待燃气流。
7.进一步地，燃气控制阀包括快开燃气阀以及与快开燃气阀连通并处于快开燃气阀下游的慢开燃气阀，步骤s20具体包括：快开燃气阀根据目标控制参数，在第一预设时长内从关闭状态调整至最大的阀门开度，然后在燃气接通时长内持续向炉膛内输送助燃气；慢开燃气阀根据目标控制参数，在第二预设时长内从关闭状态调整至预设阀门开度后，在第三预设时长内从预设阀门开度调整至最大阀门开度，然后在燃气接通时长内持续向炉膛内输送助燃气。
8.进一步地，还包括步骤s30，点火待燃气流。
9.进一步地，步骤s30具体包括：s31，通过处于炉膛内的火焰检测器获取火焰信息，s32，根据火焰信息判断炉膛的当前状态，s33，若炉膛的当前状态为燃烧状态，通过燃烧火焰对待燃气流点火；s34，若炉膛的当前状态为熄火状态，通过点火高压包对待燃气流点火。
10.进一步地，在步骤s34之后，还包括步骤：获取点火高压包的点火信息，若高压点火包点火失败，通过点火高压包重复点火；获取点火高压包的重复点火次数，若重复点火次数达到预设报警次数，发出报警，并启动吹扫管吹扫。
11.进一步地，还包括步骤：获取炉膛的当前实际温度，若当前实际温度大于第一预设
警戒温度，则发出第一警示信息，若当前实际温度大于第二预设警戒温度，则发出第二警示信息。
12.进一步地，还包括步骤：获取炉膛的当前工状；若炉膛的当前工状处于升温工况，则做功循环周期时长不大于30s，燃气接通时长不小于8s；若炉膛的当前工状处于保温工况，则做功循环周期时长不大于30s。
13.本发明还提供一种用于钢带炉的温度控制系统，应用于上述的用于钢带炉的温度控制方法，包括操作显示单元，操作显示单元用于输入控制指令，控制指令包括炉膛的当前实际温度、预设的升温速率以及当前目标温度；生成单元，生成单元用于根据炉膛的当前实际温度、预设的升温速率以及当前目标温度，生成目标控制参数，目标控制参数包括做功循环周期时长以及处于每一个做功循环周期时长内的燃气接通时长；调温单元，调温单元包括燃气控制阀、点火高压包以及火焰检测器，燃气控制阀用于目标控制参数，在燃气接通时长内持续向炉膛内输送助燃气，点火高压包用于对助燃气与助燃风在炉膛内混合形成待燃气流进行点火，火焰监测器用于采集转换炉膛内的火焰信息。
14.进一步地，还包括与生成单元电连接的温度传感单元和报警单元。
15.进一步地，生成单元包括电性连接的plc模块、pid调节器以及烧嘴控制器。plc模块用于接收操作显示单元发送的控制指令并接收plc模块发送的反馈信息，pid调节器用于根据plc模块发送的信息生成烧嘴控制器用于接收。
16.本发明具有以下有益效果：
17.本发明的用于钢带炉的温度控制方法，根据炉膛的当前实际温度、预设的升温速率以及当前目标温度，基于pid算法生成目标控制参数，燃气控制阀根据控制参数调节其接通与断开时间，其中，断开时间为做功循环周期时长和燃气接通时长的差值，通过提供足量的助燃风，燃气控制阀供气是开度为机械全开的方式，只存在单一的空燃比调节燃烧控温，比相对比例开度调节方式空燃比更稳定，解决了现有采用相对比例开度控温存在助燃气燃烧不充分燃烧烟气指标不达标的技术问题；同时相对于现有的电阻丝加热方式更加高效节能，避免了电阻丝加热控温方式中的硬件回路电缆普遍粗，装配繁琐，功率调节器占用电控柜空间大，且功率调节器过零或移相触发方式均会对电网造成一定的污染的技术问题。
18.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
19.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
20.图1是本发明一个优选实施例中的用于钢带炉的温度控制方法的流程示意图；
21.图2是本发明一个优选实施例中的用于钢带炉的温度控制系统的结构示意图。
具体实施方式
22.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基
于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
25.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
26.如图1所示，本发明提供的一个优选实施例中的一种用于钢带炉的温度控制方法，包括步骤：
27.s10，根据炉膛的当前实际温度、预设的升温速率以及当前目标温度，生成目标控制参数，目标控制参数包括做功循环周期时长以及处于每一个做功循环周期时长内的燃气接通时长；s20，燃气控制阀根据目标控制参数，在每一个做功循环周期时长内向炉膛内持续输送燃气接通时长的助燃气，助燃气与助燃风在炉膛内混合形成待燃气流。
28.本发明的用于钢带炉的温度控制方法，根据炉膛的当前实际温度、预设的升温速率以及当前目标温度，基于pid算法生成目标控制参数，燃气控制阀根据控制参数调节其接通与断开时间，其中，断开时间为做功循环周期时长和燃气接通时长的差值，通过提供足量的助燃风，燃气控制阀供气是开度为机械全开的方式，只存在单一的空燃比调节燃烧控温，比相对比例开度调节方式空燃比更稳定，解决了现有采用相对比例开度控温存在助燃气燃烧不充分燃烧烟气指标不达标的技术问题；同时相对于现有的电阻丝加热方式更加高效节能，避免了电阻丝加热控温方式中的硬件回路电缆普遍粗，装配繁琐，功率调节器占用电控柜空间大，且功率调节器过零或移相触发方式均会对电网造成一定的污染的技术问题。
29.可以理解地，本发明中，在向炉膛输送助燃气之前，通过助燃风阀向炉膛内输送助燃风。在具体实施时，目标控制参数还包括助燃风信息，助燃风信息包括助燃风阀的开启信息和关闭信息，在在向炉膛输送助燃气之前，助燃风阀响应开启信息向炉膛内提供助燃风。
30.可以理解地，本发明中，可以通过预先设置在炉膛内的温度传感单元获取炉膛的当前实际温度，温度传感单元可以是热电偶；升温速率等于预设温度减去当前实际温度后，除以到达预设温度所需的时间得出，升温速率越高，烧嘴脉冲周期内接通时间越长，及燃气接通时间越长，燃气控制阀动作频率相对会减少。具体地，预设的升温速率可以是3℃/min、5℃/min、6℃/min或者其他速率，具体根据实际情况进行设置。本发明中，为了达到最优空燃比，根据助燃风的送风率以及助燃气的送气率，设置升温速率为5℃/min；当前目标温度为当前实际温度和升温速率的和值。
31.可以理解地，本发明中可以通过预先设于炉膛内的点火高压包点火待燃气流，也可以通过上一次燃烧的残留火焰点火待燃气流。
32.进一步地，还包括步骤s40，获取炉膛的实时温度，若实时温度达到预设温度，则控温成功。
33.具体地，本发明中，采用pid算法生成目标控制参数，pid控制器涉及设置比例、积分和微分值，以及对特定过程的可能的最佳控制。当通过热电偶采集的被测温度偏离所希望的给定值时，pid控制器可根据测量信号与给定值的偏差进行比例(p)、积分(i)、微分(d)运算，从而输出某个适当的控制信号通过plc模块给调温单元，使实时温度紧随设定值从而达到自动控温的效果。其中，比例运算是指输出控制量与偏差的比例关系。比例参数p设定值越大，控制的灵敏度越低，设定值越小，控制的灵敏度越高，例如比例参数p设定为4％，表示测定值偏离给定值4％时，输出控制量变化为100％。积分运算的目的是消除偏差。只是偏差存在，积分作用将控制量向使偏差消除的方向移动。积分时间是表示积分作用强度的单位。设定的积分时间越短，积分作用越强。例如积分时间设定为240s时，表示对固定的偏差，积分作用的输出量达到和比例作用相同的输出量需要240s。比例作用和积分作用是对控制结果的修正作用，响应较慢。微分作用是为了消除其缺点而补充的。微分作用根据偏差产生的速度对输出量进行修正，使控制过程尽快恢复到原来的控制状态，微分时间是表示微分左右强度的单位，仪表设定的微分时间越长，则以微分作用进行的修正越强。
34.进一步地，燃气控制阀包括快开燃气阀以及与快开燃气阀连通并处于快开燃气阀下游的慢开燃气阀，步骤s20具体包括：快开燃气阀根据目标控制参数，在第一预设时长内从关闭状态调整至最大的阀门开度，然后在燃气接通时长内持续向炉膛内输送助燃气；慢开燃气阀根据目标控制参数，在第二预设时长内从关闭状态调整至预设阀门开度后，在第三预设时长内从预设阀门开度调整至最大阀门开度，然后在燃气接通时长内持续向炉膛内输送助燃气。通过燃气控制阀包括快开燃气阀以及慢开燃气阀，通过燃气控制阀控制输出的助燃气接通和断开时间差控制燃烧火焰，从而达到控温的目的。快开燃气阀和慢开燃气阀是串联连接，具有双重安全切断的功能，同时采用快开燃气阀快速打开阀门到最大机械开度，采用慢开燃气阀瞬间到达预设阀门开度后再缓慢打开到最大机械开度，快开燃气阀用于燃气阀门快速打开和切断，起到快速安全断开的作用，慢开燃气阀用于小火点火到全开，避免了由于管径大瞬间流量全开，导致点火爆鸣的问题。
35.可以理解地，第一预设时长不大于0.5s；第二预设时长为0.5至2s；第三预设时长为1至2s；预设阀门开度为半开阀门开度。
36.进一步地，还包括步骤s30，点火待燃气流。
37.进一步地，步骤s30具体包括：s31，通过处于炉膛内的火焰检测器获取火焰信息，s32，根据火焰信息判断炉膛的当前状态，s33，若炉膛的当前状态为燃烧状态，通过燃烧火焰对待燃气流点火；s34，若炉膛的当前状态为熄火状态，通过点火高压包对待燃气流点火。本发明中，通过获取火焰信息，进而确定点火的方式，有利于减少点火高压包的使用频率，提供点火高压包的使用寿命，并且避免了重复点火的问题。
38.进一步地，在步骤s34之后，还包括步骤：获取点火高压包的点火信息，若高压点火包点火失败，通过点火高压包重复点；获取点火高压包的重复点火次数，若重复点火次数达到预设报警次数，发出报警，并启动吹扫管吹扫。本发明中，在通过点火高压包点火后通过火焰检测器再次获取火焰信息，进而判断是否点火成功，点火失败后进行重复点火，若重复点火次数达到预设报警次数，发出报警，并启动吹扫管吹扫，进而置换炉膛的燃烧室由于多次点火故障产生的没有充分燃烧的废气。
39.进一步地，还包括步骤：获取炉膛的当前实际温度，若当前实际温度大于第一预设
警戒温度，则发出第一警示信息，若当前实际温度大于第二预设警戒温度，则发出第二警示信息。可以理解地，第一预设警戒温度为高于预设温度10度，第二预设警戒温度为高于预设温度20，通过设置第一警示信息和第二警示信息，在小量超出预设温度时发出第一警示信息，在大量超出预设温度时，发出第二警示信息，以便于工人根据不同的警示信息确定响应处理速度。可选地，第一警示信息为灯光报警信息，第二警示信息为声光报警信息。
40.进一步地，还包括步骤：获取炉膛的当前工状；
41.若炉膛的当前工状处于升温工况，则做功循环周期时长不大于30s，燃气接通时长不小于8s；做功循环周期时长不大于30s，燃气接通时长不小于8s。
42.请参考图2，本发明提供一种用于钢带炉的温度控制系统，应用于上述的用于钢带炉的温度控制方法，包括操作显示单元，操作显示单元用于输入控制指令，控制指令包括炉膛的当前实际温度、预设的升温速率以及当前目标温度；生成单元，生成单元用于根据炉膛的当前实际温度、预设的升温速率以及当前目标温度，生成目标控制参数，目标控制参数包括做功循环周期时长以及处于每一个做功循环周期时长内的燃气接通时长；调温单元，调温单元包括燃气控制阀、点火高压包以及火焰检测器，燃气控制阀用于目标控制参数，在燃气接通时长内持续向炉膛内输送助燃气，点火高压包用于对助燃气与助燃风在炉膛内混合形成待燃气流进行点火，火焰监测器用于采集转换炉膛内的火焰信息。
43.进一步地，还包括与生成单元电连接的温度传感单元和报警单元。
44.进一步地，生成单元包括电性连接的plc模块、pid调节器以及烧嘴控制器。可以理解地，plc模块用于接收操作显示单元发送的控制指令并接收plc模块发送的反馈信息、plc模块还用于接收pid调节器发送的目标控制参数、plc模块还用于向报警单元发送报警信号；pid调节器用于接收温度传感单元发送的温度信息、pid调节器用于根据温度信息以及plc模块发送的信息生成目标控制参数；烧嘴控制器用于接收火焰检测器发送的火焰信息、用于向调温单元发送控制指令，并与plc模块进行通讯。
45.本发明提供一具体地的实施例如下：
46.若炉膛的当前工状处于升温工况，炉膛的当前实际温度为20℃，预设温度为350℃，一阶超温设定为360℃，二阶超温设定为370℃，升温速率为5℃/min，烧嘴脉冲周期接通最短时间(燃气接通时长)为8s，脉冲周期(做功循环周期时长)为30s，故障复位最大允许次数(预设报警次数)为3次，吹扫计时设定为60s。天然气主管及助燃风主管压力和流量供应稳定，基于pid算法生成目标控制参数，炉膛的当前目标温度以当前实际温度20℃为基数，以5℃/min的速率进行累加，pid调节器输出脉冲到烧嘴控制器，烧嘴控制器作用于快开燃气阀和慢开燃气阀，通过控制输出助燃气的接通和断开时间差控制燃烧火焰，从而达到控温的目的；脉冲最短接通时间(燃气接通时长)是为了满足脉冲周期(做功循环周期时长)内烧嘴控制器从接收到plc发送的点火指令到输出信号点火、燃气阀接通所需要的最短时间。当炉膛的实时温度到达炉膛预设温度时，控制系统通过多重内部运算进行自动控温，pid调节器进行控温脉冲输出；烧嘴点火成功时，会反馈火焰信号到显示器；烧嘴点火失败，plc输出报警到声光报警灯，确认硬件回路及气源供应正常的情况下，烧嘴控制器接收到故障复位信号后再次点火，如果连续复位点火次数超过故障复位最大允许次数，进行吹扫，再排除非气源供应及管路硬件故障时，可继续进行安全点火。
47.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人
员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。