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【摘要】烧结360m2烧结机点火炉，基于PID自动控制技术，利用点火炉膛检测的点火温度，通过对煤气、空气管道改造，实现烧结机点火炉温度控制模型，达到降低煤气消耗的节能减排目标。
【关键词】节能减排；PID控制；点火炉；快截阀；调节阀；点火模型；施耐德PLC
1、前言
在国家“十二五”规划中，把能源消耗降低和主要污染物排放总量减少确定为国民经济和社会发展的约束性指标，节能减排作为调整经济结构、加快转变经济发展方式的重要方向和突破口。为确保实现“十二五”节能减排约束性目标，促进经济发展方式转变，建设资源节约型、环境友好型社会，增强可持续发展能力，企业必须采取有效措施，保证国家节能减排目标的实现。
近几年，国内外烧结点火技术发展迅速，点火热耗大幅度降低，全国各钢铁企业对烧结点火炉不仅在结构上，而且在控制上都采用了新技术，这些技术的应用，对降低点火炉煤气消耗起到了积极地作用。
2、PID控制器
2.1PID控制原理
PID控制应用范围广，使用灵活，已有系列化产品，虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。其次，PID参数较易整定，其参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。
典型的PID模型控制系统如图1所示。
图中sp（t）是给定值，pv（t）为反馈量，c（t）为系统的输出量，PID控制器的输入输出关系式为：
即输出=比例项 + 积分项 + 微分项 +输出的初始值，式中，M（t）是控制器的输出，误差信号e（t）=sp（t）—pv（t），是回路输出的初始值，Kc是PID回路的增益，TI和TD分别是积分时间常数和微分时间常数。
式中等号右边前3项分别是比例、积分、微分部分，它们分别与误差、误差的积水和微分成正比。如果取其中的一项或两项，可以组成P、PD或PI控制器。需要较好的动态品质和较高的稳态精度时，可以选用PI控制方式；控制对象的惯性滞后较大时，应选择PID控制方式。
2.2PID控制模式
可编程序控制器对模拟量进行PID控制时，可以采用以下三种方法：PID过程控制模块、自编的程序实现PID闭环控制和PID功能指令。
烧结360M2烧结机点火炉系统采用施耐德PLC的PID功能指令，它们实际上是用于PID控制的子程序，与模拟量输入/输出模块一起使用，可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果，而且价格便宜得多。
3、点火炉
3.1点火炉作用
烧结是在含铁原料中加入熔剂（白云石、白灰、石灰石）和燃料（焦粉或无烟煤粉）经点火炉点火，在抽风的作用下，生成一定的液相，把各种颗粒粘接在一起，冷却后生成烧结矿的过程。
烧结点火炉有两个作用：一是将台车表面混合料中的燃料点燃，并在抽风的作用下继续往下燃烧产生高温，使烧结过程得以正常进行；二是向烧结料层表面补充一定热量，以利产生熔融液相，使之粘结成具有一定强度的烧结矿。点火参数包括点火温度、点火时间、点火热量、点火深度等，这些参数合适与否对烧结生产来说至关重要。
3.2点火炉控制模型
3.2.1国内点火炉燃烧控制普遍采用以下三种控制模式：基于炉膛温度的煤空比例串级控制模式；单位时间单位面积所提供热量的点火强度控制模式；基于煤气量设定值的煤空比例控制模式，这些控制均在上位机上实现调节控制。
3.2.2点火温度控制，即台车单位面积燃烧所需热量，其对应的煤气耗量作为煤气流量调节单元的煤气流量设定值进行点火燃烧控制。
Fs = Tk×P5×Pw×60
Fs：煤气流量设定值（m3/h）
Tk：点火强度设定值（m3/h）
P5：台车速度（m/min）
Pw：台车宽度（m）
3.2.3点火温度煤空气比例串级控制
操作人员在CRT画面上设定点火炉温度控制的指标值，PLC根据该设定值和点火炉温度的测量值进行PID控制运算，其控制输出作为煤气流量调节单元的设定值。空气流量调节单元的设定值由煤气流量设定值经比例环节的控制运算后得到，再与空气流量测量值进行比较，经过PI运算，输出控制信号给空气流量调节阀，调节空气流量。
点火炉温度设计参数标准<1400℃，实际控制范围1050±100℃，实际温度与设定温度相比小于20度，PID比例调节系数P为0.01，PID比例调节系数为0.1，PID调节阀门开度，其中SP为温度设定值，PV为温度测量值，该控制过程就是将煤气、空气调节阀门进行控制。其系统控制如图2：
4、基于PID控制的点火炉系统改造
4.1点火炉本体设备改造
点火炉系统的设备主要有：点火炉、保温炉、煤气调节阀、煤气的快速截断阀门、空气调节阀、测温仪器和测量压力仪器等。一烧结点火炉改造后设备采用：煤气管道?350mm，调节阀W12220K、快截阀W73220、检测压力点2个；空气管道?500mm，快截阀W73220、检测压力点1个；点火炉膛检测温度点2个、检测压力点1个。
4.2PLC控制系统硬件配置
为了配合此次点火炉控制系统，在原有计算机双环网不变的情况下，对烧冷仪控PLC系统进行改造，配置如下：140CPS11420、140CPU43412A、140CRP93200、140NOE77100、140NOE77100。
4.3系统改造效果
烧结点火炉改造后，操作人员不再需要到现场手动操作煤气、空气的调节阀门，不仅提高了煤气消耗的控制精度，而且大大降低了操作人员的劳动强度，其上位机操作示意图如下：
4.4煤气消耗对比
单位：GJ/t
改造前 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月
0.130 0.133 0.131 0.132 0.131 0.130 0.134 0.136 0.135 0.133
改造后 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月
0.102 0.105 0.107 0.102 0.106 0.108 0.109 0.110 0.108 0.107
5、展望
烧结点火炉PID控制系统改造，目前不仅能够提高烧结矿产量质量，降低煤气消耗，而且能够延长点火炉使用寿命，每年可为公司增效50多万元。不论是企业经济效益，还是社会效益都取得了很大成绩。但是，随着该系统运行时间延长，煤气热值的变
参考文献
[1]白志刚编著.《自动调节系统解析与PID整定》.化学工业出版社，2012-7-1
[2]黄友锐 曲立国著.《PID控制器参数整定与实现》.科学出版社，2010-1-1
[3]梅丽凤主编.《电气控制与PLC应用技术》.机械工业出版社，2012-3-1
[4]郑阿奇，徐斌编著.《施耐德PLC应用技术》.电子工业出版社，2011-2-1
[5]龙红明主编.《铁矿粉烧结原理与工艺》.冶金工业出版社，2010-8-1
[6]肖扬，段斌修，吴定新主编.《烧结生产设备使用与维护》.冶金工业出版社，2012-3-1
【关键词】节能减排；PID控制；点火炉；快截阀；调节阀；点火模型；施耐德PLC
1、前言
在国家“十二五”规划中，把能源消耗降低和主要污染物排放总量减少确定为国民经济和社会发展的约束性指标，节能减排作为调整经济结构、加快转变经济发展方式的重要方向和突破口。为确保实现“十二五”节能减排约束性目标，促进经济发展方式转变，建设资源节约型、环境友好型社会，增强可持续发展能力，企业必须采取有效措施，保证国家节能减排目标的实现。
近几年，国内外烧结点火技术发展迅速，点火热耗大幅度降低，全国各钢铁企业对烧结点火炉不仅在结构上，而且在控制上都采用了新技术，这些技术的应用，对降低点火炉煤气消耗起到了积极地作用。
2、PID控制器
2.1PID控制原理
PID控制应用范围广，使用灵活，已有系列化产品，虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。其次，PID参数较易整定，其参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。
典型的PID模型控制系统如图1所示。
图中sp（t）是给定值，pv（t）为反馈量，c（t）为系统的输出量，PID控制器的输入输出关系式为：
即输出=比例项 + 积分项 + 微分项 +输出的初始值，式中，M（t）是控制器的输出，误差信号e（t）=sp（t）—pv（t），是回路输出的初始值，Kc是PID回路的增益，TI和TD分别是积分时间常数和微分时间常数。
式中等号右边前3项分别是比例、积分、微分部分，它们分别与误差、误差的积水和微分成正比。如果取其中的一项或两项，可以组成P、PD或PI控制器。需要较好的动态品质和较高的稳态精度时，可以选用PI控制方式；控制对象的惯性滞后较大时，应选择PID控制方式。
2.2PID控制模式
可编程序控制器对模拟量进行PID控制时，可以采用以下三种方法：PID过程控制模块、自编的程序实现PID闭环控制和PID功能指令。
烧结360M2烧结机点火炉系统采用施耐德PLC的PID功能指令，它们实际上是用于PID控制的子程序，与模拟量输入/输出模块一起使用，可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果，而且价格便宜得多。
3、点火炉
3.1点火炉作用
烧结是在含铁原料中加入熔剂（白云石、白灰、石灰石）和燃料（焦粉或无烟煤粉）经点火炉点火，在抽风的作用下，生成一定的液相，把各种颗粒粘接在一起，冷却后生成烧结矿的过程。
烧结点火炉有两个作用：一是将台车表面混合料中的燃料点燃，并在抽风的作用下继续往下燃烧产生高温，使烧结过程得以正常进行；二是向烧结料层表面补充一定热量，以利产生熔融液相，使之粘结成具有一定强度的烧结矿。点火参数包括点火温度、点火时间、点火热量、点火深度等，这些参数合适与否对烧结生产来说至关重要。
3.2点火炉控制模型
3.2.1国内点火炉燃烧控制普遍采用以下三种控制模式：基于炉膛温度的煤空比例串级控制模式；单位时间单位面积所提供热量的点火强度控制模式；基于煤气量设定值的煤空比例控制模式，这些控制均在上位机上实现调节控制。
3.2.2点火温度控制，即台车单位面积燃烧所需热量，其对应的煤气耗量作为煤气流量调节单元的煤气流量设定值进行点火燃烧控制。
Fs = Tk×P5×Pw×60
Fs：煤气流量设定值（m3/h）
Tk：点火强度设定值（m3/h）
P5：台车速度（m/min）
Pw：台车宽度（m）
3.2.3点火温度煤空气比例串级控制
操作人员在CRT画面上设定点火炉温度控制的指标值，PLC根据该设定值和点火炉温度的测量值进行PID控制运算，其控制输出作为煤气流量调节单元的设定值。空气流量调节单元的设定值由煤气流量设定值经比例环节的控制运算后得到，再与空气流量测量值进行比较，经过PI运算，输出控制信号给空气流量调节阀，调节空气流量。
点火炉温度设计参数标准<1400℃，实际控制范围1050±100℃，实际温度与设定温度相比小于20度，PID比例调节系数P为0.01，PID比例调节系数为0.1，PID调节阀门开度，其中SP为温度设定值，PV为温度测量值，该控制过程就是将煤气、空气调节阀门进行控制。其系统控制如图2：
4、基于PID控制的点火炉系统改造
4.1点火炉本体设备改造
点火炉系统的设备主要有：点火炉、保温炉、煤气调节阀、煤气的快速截断阀门、空气调节阀、测温仪器和测量压力仪器等。一烧结点火炉改造后设备采用：煤气管道?350mm，调节阀W12220K、快截阀W73220、检测压力点2个；空气管道?500mm，快截阀W73220、检测压力点1个；点火炉膛检测温度点2个、检测压力点1个。
4.2PLC控制系统硬件配置
为了配合此次点火炉控制系统，在原有计算机双环网不变的情况下，对烧冷仪控PLC系统进行改造，配置如下：140CPS11420、140CPU43412A、140CRP93200、140NOE77100、140NOE77100。
4.3系统改造效果
烧结点火炉改造后，操作人员不再需要到现场手动操作煤气、空气的调节阀门，不仅提高了煤气消耗的控制精度，而且大大降低了操作人员的劳动强度，其上位机操作示意图如下：
4.4煤气消耗对比
单位：GJ/t
改造前 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月
0.130 0.133 0.131 0.132 0.131 0.130 0.134 0.136 0.135 0.133
改造后 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月
0.102 0.105 0.107 0.102 0.106 0.108 0.109 0.110 0.108 0.107
5、展望
烧结点火炉PID控制系统改造，目前不仅能够提高烧结矿产量质量，降低煤气消耗，而且能够延长点火炉使用寿命，每年可为公司增效50多万元。不论是企业经济效益，还是社会效益都取得了很大成绩。但是，随着该系统运行时间延长，煤气热值的变
参考文献
[1]白志刚编著.《自动调节系统解析与PID整定》.化学工业出版社，2012-7-1
[2]黄友锐 曲立国著.《PID控制器参数整定与实现》.科学出版社，2010-1-1
[3]梅丽凤主编.《电气控制与PLC应用技术》.机械工业出版社，2012-3-1
[4]郑阿奇，徐斌编著.《施耐德PLC应用技术》.电子工业出版社，2011-2-1
[5]龙红明主编.《铁矿粉烧结原理与工艺》.冶金工业出版社，2010-8-1
[6]肖扬，段斌修，吴定新主编.《烧结生产设备使用与维护》.冶金工业出版社，2012-3-1