营口钢铁有限公司辽宁营口115005
摘要：随着PLC控制系统在冶金行业应用水平不断的提高，工艺参数自动控制也得到了很好的发展，PLC控制系统代替了由数显表控制的比值调节控制系统。本混合煤气系统，采用高焦混合煤气流量比值PLC自动调节配比，以使热值达到烧结、球团工艺的要求，有效实现工艺对混合煤气压力热值的稳定。
关键词：混合煤气；PLC；自动控制；压力；PID
一、项目概述
煤气加压站是钢厂主要能源调配中枢，主要供烧结，球团等工艺高焦混合煤气。焦化厂产出的焦炉煤气进入焦炉煤气柜，再以5.5—6kPa的稳定压力送至加压机入口，高炉产出的高炉煤气进入高炉煤气柜，再以9—10kPa的稳定压力送至加压机入口，经两道调节阀降压、混合、加压送至烧结、球团工艺。
长期以来，由于工艺的复杂性及原控制系统的设计缺陷（未安装热值仪），混合加压站控制系统一直处于人工调配状态，甚至不加高炉煤气，只送焦炉煤气，不符合国家要求的节能降耗要求，也增加了成本。（焦炉煤气的价值高于高炉煤气的价值）。在人工调配状态下，由于高炉煤气压力比焦炉煤气压力高出4kPa左右，人工调整混合加压机入口高焦煤气压力时，往往出现压力波动较大，当高炉煤气压力比较高，焦炉煤气压力比较低时，焦炉煤气要么配不进去，要么就得加大配比，使得混合煤气热值无法进行控制，其波动频率很快，人工调节极易产生振荡，使得保压力，保不了热值，保热值保不了压力的现象。导致了混合煤气压力热值波动太大，直接影响烧结矿、球团矿的产品质量以及节能降耗的成效，甚至造成高炉煤气蝶阀关闭和机前负压的危险。而高焦混合煤气流量配比PLC自动控制系统就显得非常重要了。
二、工艺系统图
三、控制目的
在没有热值仪的情况下，高焦煤气在进入加压机前流量按一定比例自动混合，也能保证热值稳定在一定范围内。只要设置好高焦流量比值参数，就能实现自动配比。
四、控制原理
本自动控制系统由两个单回路控制系统和一个单闭环比值控制系统组成，高炉管道由两个压力闭环控制系统组成，高炉煤气管道设计两道调节阀，是为了更好的防止扰动。当用户的用量变化时，控制变量之一的高炉煤气量就会变化，在阀门不动的前提下，压力势必会有所变动，这时就出现了干扰，第二道调节阀（靠近加压机侧为第二道调节阀，远离加压机侧为第一道调节阀）微调压力，第一道调节阀粗调压力，保证进入加压机前的高炉煤气压力与焦炉煤气压力保持一致（老员工讲压力差太大，混不进去）。压力变化势必会引起流量变化，高炉煤气的流量会增加或减少，通过高炉煤气流量检测与焦炉煤气流量检测上传到计算机里进行比值计算，与设定的比值进行比较，形成偏差输出给焦炉煤气调节阀，形成了单闭环比值控制系统。从而实现高焦混合煤气流量自动配比控制系统。使压力、热值（按流量比计算）稳定，达到用户的要求。
五、控制系统的组成与调试
1.系统配置图
2、本系统采用德国西门子S7—300可编程控制器和3台戴尔工控机构成DCS系统，S7—300可编程控制器用来实现信号的采集、运算、调节。
工控机用来编写程序、显示、操作等人机接口设备，通过以太网与S7300通讯。用Intouch组态软件编写的操作画面代替了原来的数字显示仪，使监视、操作、报警集中化。在根据给定值与测量值比较，从而输出信号给执行器开或关。来满足工艺对压力及热值的要求。
3、比例积分微分（PID）控制规律
为了消除静差，常将比例、积分、微分三种控制结合起来，构成比例积分微分（PID）三种作用控制器，从而可以得到比较满意的控制质量。理想的PID控制规律的特性方程可用如下微分方程表示：
△y＝Kp﹙e﹢1/TI∫edt﹢TDde/dt﹚
式中Kp——比例系数；
TI——积分时间常数；
TD——微分时间常数；
当有一个阶跃偏差信号输入时，PID控制器的输出信号等于比例、积分和微分（非理想）作用三部分输出之和，在输入阶跃信号后，微分作用和比例作用同时发生，PID控制器的输出△y
突然发生大幅度的变化，产生一个较强的控制作用，这是比例基础上的微分控制作用，然后逐渐向比例作用下降；接着又随时间上升，这是积分作用；直到偏差完全消失为止。PID控制作用有三个参数：比例带P、积分时间TI、和微分时间TD，三者匹配适当，可得到较好的控制效果；既可避免过分振荡，又能消除静差；同时还能在控制过程中加强控制作用，减少动态偏差。
4、控制器参数的工程整定
一个控制系统的过渡过程，不仅与被控对象特性、控制方案、扰动形式及其幅值大小有关，也与控制器参数的整定有关。当控制系统组成以后，对象各通道的静态和动态特性就决定了，控制质量就主要取决于控制器参数的整定，如果参数整定不好，就影响生产，工艺人员也只能变回原来的手动调整，因此控制器的参数整定是整个控制系统实施的重要环节，不可忽略。
控制器参数的整定，就是选择适当的比例带、积分时间、微分时间，以获得满意的过度过程，满足生产工艺所提出的质量要求。参数整定的方法很多，但调试人员一般采用经验凑试法，此法直接在控制系统中进行整定，简单方便易掌握。
整定调试步骤：
（1）在TI=∞，TD=0，P值按经验给定的条件下，将系统投入运行。
（2）按纯比例系统凑试P值。如观察压力曲线振荡频繁，须增大P，如压力曲线超调量大且趋于非周期，则须减少P，以求得基本稳定的过度过程曲线。然后将此时的P值加大为原来的1.2倍。
（3）加入积分作用，将TI由大而小进行整定，如曲线波动较大，应增大TI或P，如曲线回复时间很长，则应减小TI或P，以求得较好的过渡过程。
（4）需加入微分作用时，将TD按经验值或按TD=（1/3~1/4）TI计算值，由小而大加入。如曲线超调量大而减慢，应增大TD值；如曲线振荡厉害，则应减小TD值；同时观察曲线形状，适当调整TI和P值，一直调整到过渡过程两周期基本稳定，品质指标达到工艺要求为止。
六、系统运行中的故障判别与处理
控制系统在长期运行中，难免出现各种问题或故障，正确判别故障和快速处理问题，使系统恢复正常投运，是减少工艺波动的基础。
当记录曲线发生异常波动时，要从工艺和仪表两方面去找原因，如果是工艺操作原因，让工艺操作人员调整操作参数即可。但实际生产过程中，往往是仪表设备方面的原因比较多。大致有三种可能的原因。
（1）检测元件出现问题，因高焦煤气含粉尘比较多，系统运行一段时间后，流量检测元件就会出现堵塞现象，造成流量显示不准，这种情况下，使流量导压管通开即可，可以用蒸汽吹扫。
（2）执行机构调节阀门出现故障，如阀门卡涩，阀门不动等，都会影响系统的自动运行，当阀门出现故障时，首先现场手动判定阀门是否卡涩，然后在判定给定信号是发出，是否是调节阀本身电子元件的故障。
（３）信号隔离器、ＡＯ／ＡＩ模块出现故障。信号隔离器输入输出不相符只能更换新的，ＡＯ／ＡＩ模块通道出现故障，更换通道即可。
七、结束语
该系统自投运以来，明显减少其压力和热值的波动，满足了煤气用户的需要。准确可靠的实现了高焦煤气自动配比。达到了预期的安全生产、提高产品质量、节能降耗的目的。
参考文献：
[1]刘元扬.自动检测和过程控制.冶金工业出版社.
[2]黄龙强孙红王又耘．高焦煤气配比自动调节控制的研究与应用探讨．冶金动力