1        引言

suizhejisuanjijishudepujiyijiguoneilianjiaoxingyeduishengchanjishuyaoqiuyijijiaotanzhiliangdebuduantigao，yingyongfuzakongzhixitongshenzhiyuxianjinkongzhisuanfaduijiaoluwendujinxingkongzhiyijingchengweitigaojiaohuaqiyeshengchanjishushuiping

，zengjiajingjiheshehuixiaoyideyouxiaoshouduanzhiyi。

焦爐的加熱過程是單個燃燒室間歇、全爐連續
、受多種因素幹擾的熱工過程
，是一個典型的大慣性、非線性、時變快且受到多種擾動因素影響的複雜係統，其加熱控製難度較其它工業窯爐要大得多【3】。傳統意義上PLC或DCS係統通常應用的單回路PID控kong製zhi方fang式shi已yi不bu能neng完wan全quan適shi應ying目mu前qian生sheng產chan上shang對dui溫wen度du精jing確que控kong製zhi的de需xu要yao。因yin此ci，應ying用yong較jiao為wei先xian進jin的de控kong製zhi方fang式shi和he手shou段duan對dui焦jiao爐lu溫wen度du進jin行xing控kong製zhi已yi成cheng為wei各ge個ge焦jiao化hua廠chang進jin行xing技ji術shu改gai造zao的de必bi然ran趨qu勢shi。經jing過guo工gong程cheng實shi踐jian檢jian驗yan，本ben文wen提ti出chu了le一yi種zhong基ji於yuDCS係統內的、應用西門子PCS係統自帶的控製器構成的以反饋為主輔之以前饋來對焦爐火道溫度進行控製的方案。

 圖1 焦爐機側實物圖 

2  火道溫度在焦爐生產中的作用

焦爐火huo道dao溫wen度du係xi在zai下xia降jiang氣qi流liu底di部bu火huo嘴zui和he鼻bi梁liang磚zhuan間jian的de大da磚zhuan溫wen度du，鑒jian於yu目mu前qian溫wen度du檢jian測ce儀yi器qi上shang的de原yuan因yin以yi及ji火huo道dao溫wen度du點dian的de特te殊shu位wei置zhi，實shi際ji的de焦jiao爐lu火huo道dao溫wen度du一yi般ban難nan以yi準zhun確que測ce量liang。目mu前qian國guo內nei焦jiao化hua廠chang均jun采cai用yong火huo道dao直zhi行xing溫wen度du來lai反fan映ying焦jiao爐lu溫wen度du。焦jiao爐lu全quan爐lu溫wen度du用yong機ji

、焦側側溫火道平均溫度來代表，全爐總供熱的調節（以加減煤氣和空氣的方式進行調節）應當使機、焦(jiao)側(ce)測(ce)溫(wen)火(huo)道(dao)平(ping)均(jun)溫(wen)度(du)符(fu)合(he)工(gong)藝(yi)所(suo)規(gui)定(ding)的(de)標(biao)準(zhun)溫(wen)度(du)，並(bing)保(bao)持(chi)穩(wen)定(ding)。作(zuo)為(wei)衡(heng)量(liang)全(quan)爐(lu)溫(wen)度(du)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)，反(fan)映(ying)焦(jiao)爐(lu)穩(wen)定(ding)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)指(zhi)標(biao)一(yi)般(ban)用(yong)直(zhi)行(xing)溫(wen)度(du)的(de)安(an)定(ding)係(xi)數(shu)Kc來衡量

，Kc能否接近1並保持穩定，對焦炭質量的提高
、降低耗熱量以及延長焦爐爐齡至關重要。
3  控製原理

傳統PLC或DCS控kong製zhi方fang式shi是shi當dang班ban煉lian焦jiao測ce溫wen工gong每mei隔ge四si小xiao時shi在zai交jiao換huan前qian後hou從cong焦jiao爐lu爐lu頂ding測ce量liang直zhi行xing溫wen度du並bing計ji算suan出chu平ping均jun溫wen度du後hou，根gen據ju計ji算suan出chu來lai的de平ping均jun溫wen度du與yu標biao準zhun溫wen度du比bi較jiao產chan生sheng偏pian差cha進jin行xing煤mei氣qi流liu量liang的de增zeng減jian以yi達da到dao控kong製zhi溫wen度du始shi終zhong保bao持chi在zai標biao準zhun溫wen度du允yun許xu範fan圍wei內nei的de偏pian差cha內nei。這zhe種zhong控kong製zhi方fang式shi對dui溫wen度du和he吸xi力li的de控kong製zhi存cun在zai著zhe比bi較jiao大da的de滯zhi後hou性xing
，而er且qie由you於yu是shi人ren工gong加jia減jian煤mei氣qi流liu量liang（或者壓力）

，jiazhimeiqirezhisuizhegongqishebeideqingkuangcunzaizhebuwendingxinghecaozuorenyuanzhuguanshangdepiancha，shijicaozuoshijingchanghuizaochengwendudafudubodongyingxiangjiaoluwenducanshu，congeryingxiangjiaotanzhilianghezhenggejiaolugongkuangbianhua。yinci，womenzaiyiwangjiandankongzhixitongdejichushangcaiyonglefuzakongzhixitongzhongdechuanjikongzhifangshijinxingluwendetiaojie。chuanjikongzhifanganzhongfenbieyihuodaowenduhemeiqiliuliang（或者煤氣管道上的壓力）為主、副回路的被控參數。采用這種控製方式就可以在測溫工將直行火道溫度測量並計算出平均值後轉換為對應的流量值（或者壓力值）輸入進PID控製器上的設定值內，由控製器根據現場情況整定好的比例、積分或微分方式進行較為準確的調節
，從而避免人為加減煤氣流量而導致溫度大起大落的現象。由於焦爐火道溫度經常會隨一係列因素（比如裝煤量和裝煤水分、加熱煤氣熱值
、空氣過剩係數、檢修時間等等）debianhuaerbodong
，yinci，zaichuanjikongzhijichushang，ruguoxianchangjubeimeiqirezhiyihemeishuifenzaixianjianzhayibiaozhuangzhiqingkuang，haikeyijiangmeiqirezhihemeishuifencanshuyinrukongzhixitongzhongzuoweixitongdeqiankuicanshujinxingkongzhi，xiaoguohuigenghao。kongzhiyuanlitujiantu2所示。

圖2 控製原理圖 

4  控製策略

SIMATIC PCS7是西門子公司在TELEPERM係列集散係統和 S5、S7係列可編程控製器的基礎上，結合先進的電子製造技術

、網絡通訊技術、圖形及圖像處理技術
、冗餘技術、現場總線技術、計算機技術以及先進自動化控製技術開發的麵向工業工藝過程控製應用場合的新一代過程控製係統【1】。作為一個真正意義上的DCS係統，PCS7xitongzailianxuguochengbianliangdechuliheshixianshangtixianchuleqiqiangdadegongneng，youqishizaichulilianxuguochengbianliangkongzhiyijijinxingfuzakongzhifangmianbiaoxianchulejiaodadeyoushi。

根據焦爐生產中直行火道溫度與流量（或者壓力）之間的關係，焦爐火道溫度控製係統也就完全可以用PCS7係統中集成的PID控製器來實現其控製要求。從係統原理分析中可以知道，爐溫控製原理從結構上看其實就是一個串級調節係統，而串級係統其實就是一個雙回路閉環係統
，實質上是把兩個PID調(tiao)節(jie)器(qi)串(chuan)接(jie)起(qi)來(lai)，通(tong)過(guo)它(ta)們(men)的(de)協(xie)調(tiao)工(gong)作(zuo)，使(shi)一(yi)個(ge)被(bei)控(kong)量(liang)準(zhun)確(que)地(di)保(bao)持(chi)為(wei)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)要(yao)求(qiu)的(de)給(gei)定(ding)值(zhi)。通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)串(chuan)級(ji)係(xi)統(tong)副(fu)環(huan)的(de)對(dui)象(xiang)慣(guan)性(xing)小(xiao)，工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)高(gao)，而(er)主(zhu)環(huan)慣(guan)性(xing)大(da)，工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)也(ye)低(di)。基(ji)於(yu)此(ci)，為(wei)了(le)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)性(xing)能(neng)合(he)品(pin)質(zhi)，主(zhu)副(fu)環(huan)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)應(ying)錯(cuo)開(kai)在(zai)相(xiang)差(cha)三(san)倍(bei)以(yi)上(shang)，以(yi)免(mian)頻(pin)率(lv)相(xiang)近(jin)時(shi)發(fa)生(sheng)共(gong)振(zhen)現(xian)象(xiang)而(er)破(po)壞(huai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。串(chuan)級(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)看(kan)作(zuo)一(yi)個(ge)閉(bi)合(he)的(de)副(fu)回(hui)路(lu)代(dai)替(ti)了(le)原(yuan)來(lai)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)對(dui)象(xiang)
，可(ke)以(yi)起(qi)到(dao)改(gai)善(shan)對(dui)象(xiang)特(te)征(zheng)的(de)作(zuo)用(yong)。除(chu)了(le)克(ke)服(fu)落(luo)在(zai)副(fu)環(huan)內(nei)的(de)擾(rao)動(dong)外(wai)
，還(hai)提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)，加(jia)快(kuai)過(guo)渡(du)過(guo)程(cheng)

，避(bi)免(mian)擾(rao)動(dong)的(de)產(chan)生(sheng)。

PCS7環境下的串級控製回路由兩個PID（FB61）控製器構成如圖4所示，其中主回路控製器接收焦爐直行火道溫度（由(you)於(yu)在(zai)技(ji)術(shu)上(shang)火(huo)道(dao)溫(wen)度(du)難(nan)以(yi)在(zai)線(xian)檢(jian)測(ce)，根(gen)據(ju)焦(jiao)爐(lu)蓄(xu)熱(re)室(shi)頂(ding)部(bu)溫(wen)度(du)與(yu)火(huo)道(dao)溫(wen)度(du)存(cun)在(zai)著(zhe)一(yi)定(ding)的(de)數(shu)學(xue)關(guan)係(xi)
，所(suo)以(yi)可(ke)以(yi)用(yong)蓄(xu)熱(re)室(shi)頂(ding)部(bu)溫(wen)度(du)通(tong)過(guo)擬(ni)合(he)後(hou)得(de)到(dao)的(de)模(mo)擬(ni)火(huo)道(dao)溫(wen)度(du)進(jin)行(xing)替(ti)代(dai)
，這(zhe)樣(yang)就(jiu)使(shi)難(nan)以(yi)在(zai)線(xian)測(ce)量(liang)的(de)火(huo)道(dao)溫(wen)度(du)模(mo)擬(ni)為(wei)連(lian)續(xu)變(bian)化(hua)的(de)過(guo)程(cheng)參(can)數(shu)參(can)與(yu)到(dao)串(chuan)級(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)），其輸出值送入副回路的外部給定設置點作為副回路的給定值；副回路接受加熱煤氣流量（或者壓力）hezhuhuiludewaibushedingzhi，qishuchuzhisongruchuanjikongzhiqidezhixingjigou
，tongguotiaojiemeiqiguandaoshangkongbandekaidulaidadaotiaojiehuodaowendudemude。zhufutiaojiekongzhiqilianjiejiantu4。

                     圖4  CFC串級連接圖

在編程過程中主
、副控製器具體管腳連接關係說明如下：

（1）      主回路的PID的輸入過程信號端PV_IN接收直行火道溫度的變送器信號；

（2）      主回路的PID的輸入過程跟蹤端LMN_TRK接收副回路PID的輸出給定信號SP端信號

；

（3）      主回路的PID的輸出操縱量LMN送入副回路PID的輸入外部設定點SP_EXT；

（4）      副回路的PID的輸入過程信號端PV_IN接收來自開方後的標準狀態下的流量信號；

（5）      副回路的PID的輸出操縱量LMN送入到串級回路的執行機構以控製閥門的開度達到調節目的；

（6）      副回路的PID輸出端的串級回路切除開關QCAS_CUT送入主回路PID輸入端的外部跟蹤設定開關LMN_SEL
；

（7）      副回路PID控製器中的DISVguanjiaojieshoumeiqirezhihemeishuifenzaixiancanshujinxingqiankuitiaojie，weilegenghaodezhengdingqiankuixishu，zuihaojiangmeiqirezhihemeishuifencanshuzaijinruqiankuiqianjinxingxianxingzhuanhuan，yejiushijiangyoulianggangdecanshuzhuanhuanweiwulianggangdebaifenshuhouzaijinruDISV管腳。

經過編譯上傳到上位機後的PID控製器操作標準麵板如圖5所示：

圖5 串級調節操作界麵

5 投運步驟

xianquedingzhutiaojieqidekongzhimubiaoshedingzhi，ranhoushoudongtiaojiefukongzhiqideshoudongzhi，shifamenkaiduzaishidangdeweizhi
，jiangfutiaojieqitouruzidongxia，genjuxianchangqingkuangzhengdingPID參數
，使副調節器達到一個相對穩定的狀態，將副調節器切換到外部給定下，最後將主調節器切換到自動控製並根據現場情況整定PID參數。如果有前饋控製的話，則還需要將前饋係數整定對話框設置在上位機畫麵上，以方便操作人員根據現場情況進行係數整定。
6 實施效果

應用西門子PCS7的CFC連(lian)續(xu)功(gong)能(neng)圖(tu)實(shi)現(xian)焦(jiao)爐(lu)火(huo)道(dao)溫(wen)度(du)的(de)複(fu)雜(za)調(tiao)節(jie)，達(da)到(dao)了(le)對(dui)焦(jiao)爐(lu)火(huo)道(dao)溫(wen)度(du)的(de)比(bi)較(jiao)精(jing)確(que)的(de)控(kong)製(zhi)
，保(bao)證(zheng)了(le)焦(jiao)爐(lu)生(sheng)產(chan)的(de)需(xu)要(yao)，下(xia)表(biao)就(jiu)是(shi)實(shi)施(shi)複(fu)雜(za)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)前(qian)後(hou)某(mou)廠(chang)2＃焦爐直行溫度的安定係數Kc的對比表，從表中我們可以發現
，應用西門子PCS7係統內的控製器構成的複雜控製係統實施後，Kc係數提高了30％左右。同時，實施複雜控製後也大大減jian少shao了le由you於yu焦jiao爐lu溫wen度du波bo動dong大da和he頻pin繁fan造zao成cheng的de環huan境jing汙wu染ran，而er且qie由you於yu爐lu溫wen實shi現xian了le較jiao為wei準zhun確que的de調tiao節jie調tiao節jie

，相xiang比bi於yu單dan回hui路lu調tiao節jie下xia使shi焦jiao爐lu在zai接jie近jin極ji限xian溫wen度du下xia操cao作zuo，大da大da縮suo短duan了le結jie焦jiao時shi間jian、提高了焦爐生產能力，從而有效的降低了焦爐耗熱量。

7 結束語

經jing過guo工gong程cheng實shi踐jian


，以yi上shang編bian程cheng方fang法fa對dui焦jiao爐lu火huo道dao溫wen度du的de控kong製zhi起qi到dao了le比bi較jiao良liang好hao的de自zi動dong調tiao節jie作zuo用yong
，與yu單dan回hui路lu係xi統tong相xiang比bi，它ta克ke服fu了le落luo在zai副fu環huan內nei的de擾rao動dong，達da到dao了le比bi較jiao滿man意yi的de調tiao節jie效xiao果guo
，符fu合he工gong程cheng上shang衡heng量liang自zi動dong控kong製zhi係xi統tong穩wen定ding性xing（穩）、穩態精度（準）
、動態過程（好）的要求【2】。buguo

，youyuxureshidingbuwenduyuhuodaowendudeguanxibujinjinshiyigejingtaidejiandanshuxueguanxi，daozhimonihuodaowenduyoushinanyizhengquefanyingjiaolushijiwenduqingkuang，lingwaijiushimeiqirezhiyiyijimeishuifenzaixianjianzhayiqimuqianguoneishichangshangcunzaizhejiagegao、壽(shou)命(ming)短(duan)以(yi)及(ji)維(wei)護(hu)困(kun)難(nan)等(deng)因(yin)素(su)
，導(dao)致(zhi)熱(re)值(zhi)和(he)煤(mei)水(shui)分(fen)測(ce)量(liang)難(nan)以(yi)滿(man)足(zu)前(qian)饋(kui)控(kong)製(zhi)需(xu)求(qiu)。因(yin)此(ci)

，采(cai)用(yong)先(xian)進(jin)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)進(jin)行(xing)焦(jiao)爐(lu)溫(wen)度(du)自(zi)動(dong)調(tiao)節(jie)更(geng)能(neng)準(zhun)確(que)的(de)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)
，目(mu)前(qian)國(guo)內(nei)已(yi)經(jing)出(chu)現(xian)了(le)包(bao)括(kuo)由北京三博中自科技有限公司開發的焦爐自適應智能加熱係統（Coke Intelligent Adaptive Heating System）在內的基於自適應火道模型，智能容錯控製器以及基於精確模型的煙道吸力調節等先進控製算法的焦爐加熱獨立軟件【5】，這也為日後焦爐溫度全自動控製提供了更為準確
、穩定的解決方案。