pid控制在莱钢宽厚板加热炉燃烧系统中的研究与应用

PI D控制在莱钢宽厚板加热炉燃烧系统中的研究与应用

张帅石荣鹏王跃军

(山东莱芜钢铁集团有限公司自动化部，山东莱芜271104)

。，脯要】‘随着我国钢铁行业的迅速发袅，计算机技术、控制理论等在钢铁行业t的广泛应用，使钢铁行业的自动化水平日益提高。本论对菜钢宽辱耘加热炉燃烧系统中采用PI D控帝J及PID参数整定、加热炉燃烧系统等方面做了简要的介绍。，

o呋罐词]H D控截；加热炉；燃烧系统；参数，．，

随着经济和社会的快速发展，我国的钢铁企业发展迅速。随着电子、i-I-l机、通j羽等高新技术在钢铁企业上的进一步应用，使钢铁工业的自动化水平日益提高。然而，在钢铁企业生产过程中，产品质量容易受到许多因素的干扰而使其自动化水平下降。PI D控制理论正是针对这种情况而发展的，采用P I D控制后产品的性能有了很大的提高。

1PID控制概述

’Pl D控制是比例、积分、微分控制的简称。由于P I D控制算法具有晤理简单、使用方便、适应性广和鲁捧性强等特点，因此在控制理论和控制技术飞速发展的今天，它在工业控制领域仍具有强大的生命力，它是工业控制过程中应用得最多的一种控制方式。

随着经济和社会的快速发展，自动化技术的发展与完善，为了使这种经典的控制方法应用到更复杂的控制环境中，把现代控制理论、模糊控制理论和神经网络控常蜩哩论应用到PID控制器的参数调节过程中，从而来提高PID控制器的精度和自适应性。为适应新形势的发展，现在出现了许多新的PID控制方法，有自适应P I D控制、智能PI D控制、模糊P I D控制等。下面对P I D控制的原理进行简要介绍。

P I D控制原理如图一所示，控制系统G c(S)有如下形式：

G c(s)=K P(1+}s+T Ps)(1．1)

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式中K P为比例系数，T I为积分时向常数，Tp为微分时间常数。由于K^T；、T，数值的大小对整个闭环系统的正常运行将产生一定的影响，因此在控制系统投入正常运行之前，就要通过某种合适的方法来确定K P、T i、TP的数值，这个确定K^Ti、T，数值的过程就是P I D参数整定的过．P--o

图一PI D控制原理图

当f e f较大时，为加快系统的响应速度，此时K，应取较大的数值；同时为避免由于开始e时的瞬时变大而造成的微粥搅和现象(过饱和将使控制作用远远超出正常范围)，这时|

当f e I较小，即接近设定值时，为使系统具有良好的稳态性能，此时应增加K p、T i的选取数值，同时为避免系统在设定值附近处出现振荡，应考虑系统的抗干扰性能。

2加热炉燃烧系统

钢铁生产中的加热炉是为轧机提供相对稳定温度的钢坯，是—个具有广泛操作范围的复杂系统。加热炉一般采用煤气来加热钢坯，但由于生产过程的不稳定性、加热炉内钢坯分布不均匀、煤气热值不稳定等因素的影响，使得加热炉出炉钢坯的温度很难控制。因此，采用PID控制器来调节加热控制回路，从而较好的控制加热炉出炉钢坯的温度。

加热炉根据加热要求—般分为几个不同的区域：保温区、预热区、加热区、匀热区。每个区域使用煤气与空气的混合气体加热。按照控制系统中设置值调节可燃气流。加热控制示意图如图=所示：

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l虱二加热炉原理图

其中，Tc为设定值，T。为反馈值，通过热电偶测得相应数据。偏差信号是：e=T。-Tm(2．1)PID控制器输出信号的公式如下：U(t)

l

』，

=K Pxe(t)+}I e(t)dt(22)在公式22中，I

为积分系数。

原理图二中，Y值是控制回路煤气溷打丹时的设置值。空气流控制回路中Y1的嚣值B精雕控制回路中Y的数值来计算的，这个数值是由间隔内空气与煤气的混合比来构成的。一般为了方便检查这个比率，将这两个控制回路通过交叉控制联接在一起。直接指挥过程处理的信号也是由这两个控制回路发出的。加热炉燃烧系统在稳定状态下具有良好的性能。当这—过程被不同的因素和事件所干扰，例如在生产暂停开始时(突然关闭或打开煤气流)，以及在生产开始的瞬间会导致过渡状态。产品变化意味着不同类型的产品部乡州I目{序进入加热炉，意味着不同的加热需求和炉内产品重量分布变1匕

3Pl D参数的整定

正常情况下，加热炉燃烧系统—般都带有默认的PI D控制器参数，并能够得到比较满意的温度曲线。但当加热炉设备运行异常或收到外界干扰较大时，往往得不到比较满意的温度曲线，这时就需要对PI D控制器的参数进行相应的调整。一般对PID控制器参数的调整幅度不宜过大，每次可以增加10％，直到获得满意的温度曲线为止。P I D控制器参数的调节j立程，本着先比例、后积分、再微分的步骤原则来调整参数。

1)首先进行比例控制部分参数整定。先逐步调整比例控制器的比例值P，观察计算机内的温度曲线变化情况。著温度曲线是逐步衰减的，此时应把PI D控制器中的比例值P减小：若温度曲线是发散的，此时应把PID控制器中的比例值P增大，同时观察加热炉燃烧系统的响应情况，赢至温度曲线达到要求为止。这样，基本完成了PID控制器中的比例调节部分。2)然后进行积分控制部分参数整定。先取较大I值，然后逐渐较小I值，直至使系统有良好的动态特性和最小静差值为止。3)若系统响应速度仍不能满足上述要求，可进行微分控制部分参数整定。此环节根据温度曲线前沿的升降不同，选择系统所需的最佳D值，从而使系统温度响应符合要求。

4结语

采用PID控制对莱钢宽厚板加热炉燃烧系统进行控制后，优化了加热炉的温度设定点，稳定了加热炉所需的目标温度，优化了钢铁的加热质量，使其不容易受生产率变化、章【机延迟及操作人员的影响，同时可以使钢铁的产量获得最大化。与此同时，采用PID控制还对不同规格的坯料、不同温度目标值和加热曲线之间的相互转换进行具有良好的控制作用。采用PID控制对莱钢加热炉燃烧系统进行控制是现在的一大热点，也是今后钢铁企业发展的必然趋势b