Обзор системы управления сжиганием топлива в методической печи стана 5000.

Система сгорания печи разделена на восемь зон автоматического регулирования:

- Верхняя предварительная зона (зона не горения)

- Нижняя предварительная зона (зона не горения)

- Верхняя первая зона нагрева (с четырьмя боковыми импульсными горелками)

- Нижняя первая зона нагрева (с четырьмя боковыми импульсными горелками)

- Верхняя вторая нагрева (с шестью боковыми импульсными горелками)

- Нижняя вторая нагрева (с шестью боковыми импульсными горелками)

- Верхняя третья нагрева (с шестью боковыми импульсными горелками)

- Нижняя третья зона нагрева (с шестью боковыми импульсными горелками)

- Верхняя зона выдержки (с шестью боковыми импульсными горелками)

- Нижняя зона выдержки (с шестью боковыми импульсными горелками)

В каждой зоне имеются следующие устройства:

- две термопары S-типа

- диафрагма для измерения расхода воздуха

- датчик расхода воздуха

- электромеханический управляющий клапан с позиционирующим устройством на трубопроводе воздуха

- диафрагма для измерения расхода топлива

- датчик расхода топлива

- электромеханический управляющий клапан с позиционирующим устройством на топливном трубопроводе

- отсечной пневмоклапан на топливном трубопроводе

Каждая импульсная горелка имеет два электромагнитных клапана, предназначенные для отдельной подачи воздуха и газа. Для воспламенения двенадцати горелок используются зажигательные электроды, электромагнитные клапана подачи газа и воздуха зажигания, UF - датчик контроля пламени и блок розжига. Функция розжига используется в печи в холодном состоянии.

Контроль температуры:

Температура каждой зоны измеряется двумя термопарами, в качестве текущего значения для регулятора возможны следующие режимы:

- Ручной выбор любой термопары, либо среднее значение двух

- Автоматический выбор самого низкого значения

- Автоматический выбор самого высокого значения

- При неисправности одной термопары система автоматически выбирает другую

Выбор способа работы температурного контроллера по заданному значению (SP):

- Ручное управление: заданное значение температуры для каждой зоны устанавливается оператором индивидуально

- Пакетный режим: оператор может сохранить заданные значения для каждой зоны в блок данных контроллера, и сделать групповые установки для всех зон согласно марке нагреваемой заготовке. эти значения могут вводятся и изменются на HMI (человеко-машинный интерфейс).

- Режим L2(Уровень 2): компьютер L2 может автоматически регулировать заданное значение температуры для каждой зоны согласно термической модели

Контроллер имеет четыре режима работы:

- Ручной: выходные параметры контроллера могут быть отрегулированы вручную

- Автоматическое: регулирование расходов в автоматическом режиме, согласно заданий установленных оператором.

- Каскадный режим: заданное значение расхода автоматически регулируется контроллером температуры, значение температуры регулируется оператором или компьютером Уровня 2.

- Режим ведущий-ведомый: ведущий - ведомый управление между верхней и нижней зонами

В ручном режиме степень открытия клапанов воздуха и газа для горения для зоны управляется оператором на HMI.

В режиме автоматического регулирования расхода, оператор может устанавливать заданные значения расхода воздуха и газа для каждой зоны, система управления устанавливает степень открытия клапанов, согласно результату расчета ПИД контроллера.

Согласно статической характеристике расхода управляющего клапана и датчика, когда расход меньше 15% или боле 80% номинального значения, измерение расхода может быть не стабильным или не точным, в этой ситуации клапан неверно закрывается из-за перерегулирования. Во избежание этого, когда управление расходом происходит в автоматическом режиме, и устанавлено нижнее значение выхода ПИД-регулятора для расхода 15%.

- Каскадный режим с перекрещивающимися пределами

В этом режиме расход воздуха и топлива одновременно управляется выходом контроллера температуры, их отношение поддерживается системой двух пересекающихся пределов. Используя такой метод, система горения может с высокой точностью сохранять избыточность расхода воздуха при переходном процессе, также как в стационарном положении, и ответная скорость также улучшится.

Блок схема управления каскадного регулятора представлена на рисунке 5.

Соотношение расходов “топливо-воздух” (В) устанавливается согласно значению теплоты сгорания газа, также оператор вручную может в определенном диапазоне регулировать коэффициент расхода воздуха (u), коэффициент перекрещивающихся пределов (K) в управляющей программе является постоянным значением (5%).

Контроллер регулирует выходные параметры в диапазоне от 0 – 100%, это значение переходит в установленное значение расхода воздуха. Установленное значение расхода воздуха вычисляется согласно параметра B и u и фактического значения расхода газа.

Рисунок 5 - Схема каскадного регулятора.

Когда выходное значение с T(температурного)-ПИД контроллера изменено, установленное значение расхода воздуха и газа тоже увеличивается или уменьшается, но они меняются синхронно и ограничивают друг друга, чтобы сохранить постоянное соотношение “топливо-воздух ” Расход воздуха измеряется диафрагмой через преобразователь, и корректируется температурой воздуха. Расход газа также измеряется диафрагмой через преобразователь. Давление газа измеряется датчиком давления, его стабильность управляется регулирующим клапаном на входной трубе.

Режим ведущий-ведомый

Для предотвращения взаимного вмешательства между верхними и нижними зонами система позволяет использовать каскадное управление этими зонами. При этом режиме, нижняя часть, в которой нагревание происходит в большей степени, является ведущей частью, и по подчинительному отношению проводит нагревание соседней верхней зоны. Подчинительное отношение устанавливается оператором или компьютером Уровня 2. Такой управляющий режим гарантирует сохранение постоянство расхода газа в соседней верхней нагреваемой части, и также может использоваться, когда температурное измерение в данной нагревательной части выходит из строя. Также можно сделать ведомую часть верхнюю нагреваемую зону в случае неисправности термопар в нижней зоне. В этом режиме, температурное управление верхней части нагрева является каскадным режимом с перекрестным ограничением. Для нижней нагреваемой части, температурный ПИД- контролер не функционирует, температура термопары тоже не влияет на управление, установленное значение расхода газа нижней нагревательной части равняется произведению фактического значения расхода газа верхней нагревательной части и подчинительного отношения, установленное значение расхода воздуха нижней нагревательной части вычисляется по алгоритму перекрестных ограничений.

Принцип импульсного горения

В импульсном режиме горения, с выхода температурного ПИД-контролера передаются сигналы на включение-выключение горелок циклическими импульсами. Горелки работают в непрерывном циклическом режиме открытия – закрытия. Интервал включения каждой горелки зависит от импульсного периода и общей суммы горелок в одной зоне.

При этом режиме, соотношение “топливо-воздух” регулируется клапанами на трубопроводе. Если предположить, что давление газа и воздуха постоянны, то теплоотдача, скорость и длина пламени горелки также постоянны, и если в одной зоне количество и расположение сопел горения представляет оптимальное, то получается хороший нагревательный эффект.

Каждая импульсная горелка имеет два электромагнитных клапана, которые предназначены для включения воздуха и газа отдельно, Горелка имеет минимальное время открытия и закрытия, которое зависит от времени открытия и закрытия электромагнитного клапана. Когда время открытия меньше чем у минимального времени открытия (равняется произведению отношения открытия/закрытия и циклического периода), сопло горения не будет открываться и гореть. Когда время закрытия меньше чем у минимального времени закрытия (равняется разности циклического периода и времени открытия), сопло горения будет открыто и гореть все время. Поэтому регулирующая мощность горелки зависит от минимального времени открытия и закрытия электромагнитного клапана, обычно его регулирующая мощность варьируется в диапазоне с 5% до 95%.

Последовательность переключения работы импульсных горелок представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Последовательность переключения работы импульсных горелок

.

При обычном режиме горения пламя регулируется изменением расхода газа и воздуха, расход газа и воздуха управляются регулирующим клапаном на соответствующем трубопроводе, и измеряется расходомером через диафрагму.

По статической характеристике расхода управляющего клапана и диафрагмы, когда расход ниже 15% или выше 80% диапазона измерений, измерение расхода является не стабильным и не правильным, поэтому регулирование температуры, при обычном режиме горения регулируется приблизительно в диапазоне с 15% до 80%.

При импульсном режиме горения, количество расходуемого газа горелкой зависит от длительности времени открытия в периоде одного импульсного цикла. Отношение времени открытия/закрытия равняется выходу температурного ПИД-контроллера, и ограничивается минимальным временем открытия и закрытия. Поэтому мощность регулируется в широком диапазоне приблизительно с 5% до 95%. Импульсное горение хорошо применять для регулировки мощности печи в зависимости от её нагрузки.

Режим импульсного горения

В этом режиме, выход температурного ПИД-контролера разделяется на две части, первая часть предназначена для прямого управления степенью открытия газового регулирующего клапана на трубопроводе, вторая часть предназначена для управления шириной импульса горелки в зависимости от заданной температуры в зоне. Управление расходом воздуха устанавливается в автоматический режим, установленное значения расхода воздуха управляется ПИД-контроллером, и будет вычисляться по алгоритму перекрестных ограничений, что гарантирует соответствующее соотношение “ топливо-воздух”.

Для поддержания относительно стабильного давления газа перед горелкой, степень открытия газового регулирующего клапана трубопровода не будет постоянно регулируемой, при изменении выхода температурного ПИД-контролера в одном установленном диапазоне, степень открытия клапана остается постоянная. Схема режима импульсного горения представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Схема режима импульсного горения.

Например, когда выход ПИД-контроллера установился на значении 30%, газовый регулирующий клапан открывается до 30%, если выход ПИД-контроллера температуры начнет увеличиваться или уменьшаться, степень открытия газового регулирующего клапана не изменится. Только когда выход ПИД-контроллера температуры увеличится до 33% или уменьшится до 27%, газовый регулирующий клапан начинает открываться и закрываться, со скоростью 0.1%/сек до того, пока степень открытия клапана не увеличится до 33% или уменьшится до 27%.

Обычный режим горения

Когда оператор на панели HMI выбирает обычный режим горения, импульсная горелка будет работать как обычная горелка с управляемым пламенем, в это время горелка будет открыта на 100%, электромагнитные клапана горелки будет постоянно открыты, а расход газа и воздуха будет управляется регулирующими клапаноми на трубопроводе.

Дата добавления: 2015-07-20