氧化鋁焙燒溫度控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　氧化鋁焙燒溫度控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：氧化鋁是電解鋁生產(chǎn)的主要原料，針對(duì)我國(guó)礦石特點(diǎn)，我國(guó)氧化鋁的生產(chǎn)工藝主要采用的是拜爾法和燒結(jié)法以及混聯(lián)法，在拜爾法中焙燒工序是氧化鋁生產(chǎn)必不可少的一個(gè)過程，并且是整個(gè)氧化鋁生產(chǎn)的最后一道工序，該生產(chǎn)過程的主要任務(wù)是將來自分解或平盤的帶有附著水的氫氧化鋁物質(zhì)在焙燒爐中高溫煅燒，脫除附著水和結(jié)晶水，從而生成物理化學(xué)性質(zhì)符合電解要求的氧化鋁

2、。氧化鋁焙燒的主要工藝參數(shù)是灼燒溫度．灼燒溫度的高低與穩(wěn)定與否直接決定著氧化鋁的出廠質(zhì)量，所以穩(wěn)定控制氧化鋁灼燒溫度是保證氧化鋁生產(chǎn)質(zhì)量</p><p>　　的主要途徑。本文以氧化鋁焙燒生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)為背景，開展了氧化鋁焙燒生產(chǎn)過程控制策略的研究和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及器件的選型。</p><p>　　關(guān)鍵詞：氧化鋁焙燒；器件選型；串級(jí)控制系統(tǒng)；PID參數(shù)整定</p><

3、p><b>　　一、氧化鋁生產(chǎn)工藝</b></p><p>　　生產(chǎn)氧化鋁的方法大致可分為四類：堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法與熱法。目前工業(yè)上幾乎全部是采用堿法生產(chǎn)。堿法有拜耳法、燒結(jié)法及拜耳燒結(jié)聯(lián)合法等多種流程。</p><p>　　目前，我國(guó)氧化鋁工業(yè)采用的生產(chǎn)方法有燒結(jié)法，混聯(lián)法和拜耳法三種，其中燒結(jié)法占20.2％，混聯(lián)法占69.4％，拜耳法占10.4％。雖然燒

4、結(jié)法的裝備水平和技術(shù)水平在今年來有所提高，但是我國(guó)的燒結(jié)技術(shù)仍處于較低水平。而由于拜耳法和燒結(jié)混合法組成的混聯(lián)法，不僅由于增加了燒結(jié)系統(tǒng)而使整個(gè)流程復(fù)雜，投資增大，更由于燒結(jié)法系統(tǒng)裝備水平和技術(shù)水平不高，使得氧化鋁生產(chǎn)的能耗增大，成本增高，降低我國(guó)氧化鋁產(chǎn)品在世界市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。拜耳法比較簡(jiǎn)單，能耗小，產(chǎn)品質(zhì)量好，處理高品位鋁土礦石，產(chǎn)品成品也低。目前全世界90％的氧化鋁是用拜耳法生產(chǎn)的。</p><p>　　拜

5、耳法的原理是基于氧化鋁在苛性堿溶液中溶解度的變化以及過氧化鈉濃度和溫度的關(guān)系。高溫和高濃度的鋁酸鈉溶液處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，而在溫度和濃度降低時(shí)則自發(fā)分解析出氫氧化鋁沉淀，拜耳法便是建立在這樣性質(zhì)的基礎(chǔ)上的。</p><p>　　下面兩項(xiàng)主要反映是這一方法的基礎(chǔ)：</p><p>　　前一反映是在用循環(huán)的鋁酸鈉堿溶液溶出鋁土礦時(shí)進(jìn)行的。鋁土礦中所含的一水和三水氧化鋁在一定條件下以鋁酸鈉形態(tài)進(jìn)

6、入溶液。后一反映是在另一條件下發(fā)生的析出氫氧化鋁沉淀的水解反應(yīng)。鋁酸鈉溶液在95-100度不致水解的穩(wěn)定性可以用來從其中分離赤泥，然后使溶液冷卻，轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)，以析出氫氧化鋁。</p><p>　　拜耳法生產(chǎn)過程簡(jiǎn)介：原礦經(jīng)選礦、原礦漿磨制、溶出與脫硅、赤泥分離與精制、晶種分解、氫氧化鋁焙燒成為氧化鋁產(chǎn)品。</p><p>　　破碎后進(jìn)廠的碎高礦經(jīng)均化場(chǎng)均化后，用斗輪取料機(jī)取料入輸送機(jī)

7、進(jìn)入鋁礦倉(cāng)，石灰石經(jīng)煅燒后輸送到石灰倉(cāng)，然后與循環(huán)母液經(jīng)調(diào)配后按比例進(jìn)入棒磨機(jī)、球磨機(jī)的兩段磨和旋流器組成的磨礦分級(jí)閉路循環(huán)系統(tǒng)。分級(jí)后的溢流經(jīng)緩沖槽和泵進(jìn)入原礦漿儲(chǔ)槽，用高壓泥漿泵輸送礦漿進(jìn)入多級(jí)預(yù)熱和溶出系統(tǒng)，加熱介質(zhì)可用溶鹽也可用高壓新蒸氣，各級(jí)礦漿自蒸發(fā)器排出的乏氣分別用來預(yù)熱各級(jí)預(yù)熱器中的礦漿。溶出設(shè)備可用套管加熱與高壓釜組成溶出器組。溶出后的礦漿經(jīng)多級(jí)降壓自蒸發(fā)器降壓后，與赤泥一次洗液一同進(jìn)入礦漿稀釋槽。末級(jí)自蒸發(fā)器排出的乏

8、氣，用來預(yù)熱赤泥洗水，洗水由循環(huán)水和不合格的冷凝水組成。稀釋礦漿進(jìn)入分離沉降槽，其溢流經(jīng)過葉濾和降溫后送去晶種攪拌分解，分解后的氫氧化鋁漿液經(jīng)分離后，大部分氫氧化鋁返回種分槽作為晶種使用，其余部分送去洗滌，洗水用純凈的熱水，洗凈后的氫氧化鋁送去焙燒，焙燒后的氧化鋁即為成品氧化鋁。分離后的種分母液送去蒸發(fā)，加入少量鹽類晶種以誘導(dǎo)鹽類晶種析出，其溢流與濾液、補(bǔ)充新的液體苛性鈉后組成循環(huán)母液，送去調(diào)配制備原礦漿。</p><

9、;p>　　二、氧化鋁生產(chǎn)焙燒過程工藝</p><p>　　氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產(chǎn)工藝中的最后一道工序。焙燒的目的是在高溫下把氧化鋁的附著水和結(jié)晶水脫除，從而生成物理化學(xué)性質(zhì)符合電解要求的氧化鋁。</p><p><b>　　(1)焙燒原理</b></p><p>　　氫氧化鋁經(jīng)過焙燒爐的干燥段，焙燒段和冷卻段使之烘干，脫水和晶形轉(zhuǎn)變而變

10、成氧化鋁產(chǎn)品其化學(xué)變化可分為以下幾個(gè)階段。</p><p><b>　　（a）脫除附著水</b></p><p>　　當(dāng)溫度高于100C時(shí)氫氧化鋁中的附著水被蒸發(fā)，此反應(yīng)發(fā)生在閃速干燥器。</p><p><b>　　(b)脫除結(jié)晶水</b></p><p>　　結(jié)晶水的脫除分兩步進(jìn)行，250-30

11、0度時(shí)，失去兩個(gè)結(jié)晶水，在500-600度的溫度下它失去最后一個(gè)結(jié)晶水。而成為。</p><p><b>　　(c)晶型轉(zhuǎn)變</b></p><p>　　氫氧化鋁在脫水過程中伴隨著晶體轉(zhuǎn)變，在950度時(shí)開始進(jìn)行晶型轉(zhuǎn)變，逐漸由轉(zhuǎn)變?yōu)椤?lt;/p><p>　　(2)氧化鋁焙燒過程生產(chǎn)過程流程介紹</p><p>　　流態(tài)化焙

12、燒是世界上最先進(jìn)的氫氧化鋁焙燒技術(shù)與裝置，流態(tài)化是一種固體顆粒與氣體接觸而變成類似流體狀態(tài)的操作技術(shù)。而固體物料在流態(tài)化狀態(tài)下與氣體或液體的熱交換過程最為強(qiáng)烈。</p><p>　　(a)此爐型采用了在干燥段設(shè)計(jì)熱發(fā)生器這一新穎措施，當(dāng)供料氫氧化鋁附著水含量增大時(shí)，不需象其它爐型那樣采取增加過剩空氣的方式來增加干燥能力，僅需啟動(dòng)干燥熱發(fā)生器來增加干燥段熱量，避免了廢氣量大增而大量損失熱量，因此，與前二種爐型相比，

13、氣體懸焙燒爐熱耗和電耗要低。</p><p>　　(b)整套裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。一是物料自上而下流動(dòng)，可避免事故停爐時(shí)的爐內(nèi)積料和計(jì)劃停爐時(shí)的排料；二是設(shè)備簡(jiǎn)單，除流化冷卻器外無任何流化床板，沒有物料控制閥，方便了設(shè)備維檢修：三是負(fù)壓作業(yè)對(duì)焙燒爐的問題診斷和事故處理有利。這些都有利于故障后生產(chǎn)的快速恢復(fù)，給生產(chǎn)組織帶來方便。</p><p>　　(c)控制回路簡(jiǎn)單，氣體懸浮焙燒爐雖有多條自動(dòng)控制

14、回路，但在生產(chǎn)中起主要作用的僅有2條，一條是主燃燒系統(tǒng)的主爐溫度控制回路，另一條是O2含量控制回路。</p><p>　　焙燒爐溫度控制方案設(shè)計(jì)</p><p>　　目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。一個(gè)控控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入

15、接口送到控</p><p><b>　　制器。</b></p><p>　　(1)對(duì)于焙燒過程而言，主要控制焙燒爐出口溫度。而影響焙燒爐出口溫度的因素主要就是燃料的流量，而流量又決定于主燃燒器的流量閥門的開度。因此，我們引入中間點(diǎn)信號(hào)，即最能反應(yīng)焙燒爐出口溫度的進(jìn)入主燃燒器中的燃料流量，作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充信號(hào)，以便快速反應(yīng)影響焙燒爐出口溫度變化的擾動(dòng)，引入該點(diǎn)作為輔助被

16、調(diào)量，通過調(diào)節(jié)管道上流量閥的開度調(diào)整燃料的流量，組成了流量．溫度串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而調(diào)節(jié)焙燒爐的出口溫度，來保氧化鋁的產(chǎn)量和質(zhì)量口”。焙燒爐溫度控制回路流程圖如圖所示：</p><p>　　圖1 焙燒爐溫度控制回路流程圖</p><p>　　焙燒爐溫度控制回路設(shè)計(jì)為串級(jí)控制回路，主回路為溫度控制回路，其輸入為焙燒爐的出口溫度的設(shè)定值，控制器輸出為副回路的輸入，測(cè)量?jī)x表為一體化熱電偶；副回路為

17、流量控制回路，其輸入為主控制器的輸出或主燃燒器的流量設(shè)定，控制器輸出為主燃燒器V19流量調(diào)節(jié)閥的百分比開度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，測(cè)量?jī)x表為電磁流量計(jì)。</p><p>　　從方框圖可以看出，串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)有兩個(gè)閉環(huán)的調(diào)節(jié)回路：</p><p>　　圖2 溫度控制回路結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　a）由PID控制器、調(diào)節(jié)閥、主燃燒器、流量計(jì)構(gòu)成了副環(huán)回路。</

18、p><p>　　b）由PID控制器、副環(huán)回路、焙燒爐、溫度計(jì)構(gòu)成了主環(huán)回路。</p><p>　　副環(huán)回路為流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，選用標(biāo)準(zhǔn)PID控制器來控制該系統(tǒng)。主環(huán)回路為溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，也選用標(biāo)準(zhǔn)PID控制器來控制該系統(tǒng)。 </p><p>　　主調(diào)節(jié)器出的的信號(hào)不是直接調(diào)節(jié)溫度，而是作為副調(diào)節(jié)器的可變給定值，與燃料流量信號(hào)比較，再通過副調(diào)節(jié)器去控制電動(dòng)閥動(dòng)作，以調(diào)節(jié)燃料流量

19、，保證焙燒爐出口溫度能較快的跟蹤設(shè)定值并最終保持在設(shè)定值附近不變。</p><p>　　(2)從動(dòng)態(tài)特性的角度考慮，優(yōu)化控制器性能與結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，盡量根據(jù)被控制對(duì)象選擇一組較為合適的控制器參數(shù)，提達(dá)到更好可控制效果。而通過對(duì)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)模型特性，通過設(shè)定某種性能指標(biāo)，在實(shí)現(xiàn)最優(yōu)指標(biāo)的前提下，對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)可謂是個(gè)好的優(yōu)化控制器性能的辦法。對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)來說，有

20、兩個(gè)控制器，因此需要分別對(duì)兩個(gè)控制器的參數(shù)進(jìn)行整定，整定的順序先調(diào)節(jié)副回路，待副回路調(diào)節(jié)達(dá)到要求后，在調(diào)節(jié)主回路。</p><p>　　(3)如果測(cè)量元件的延遲和慣性比較大，就不能及時(shí)反映溫度的變化，就會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，影響控制質(zhì)量。因此，在系統(tǒng)的儀表選型上盡量使用快速的測(cè)量元件，安裝在正確的位置，保證測(cè)量信號(hào)傳遞的快速性，減小延遲和慣性。</p><p>　　四、焙燒爐溫度回路對(duì)象模型的

21、建立與驗(yàn)證</p><p>　　建立數(shù)學(xué)模型的方法有許多種，像機(jī)理建模、系統(tǒng)辨識(shí)等。機(jī)理建模有較大的普遍性，但是多數(shù)工業(yè)過程的機(jī)理較為復(fù)雜，其數(shù)學(xué)模型很難建立，雖然在建模過程中作了一些具有一定實(shí)際依據(jù)的近似和假設(shè)，但是逼近不能完全反映過程的實(shí)際情況，有時(shí)甚至?xí)硪恍┕烙?jì)不到的影響。因此，在工程目前主要采用試驗(yàn)建模一過程辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)的方法。建模的方法我們采用響應(yīng)曲線法，響應(yīng)曲線法主要用于階躍響應(yīng)曲線和矩形脈沖響

22、應(yīng)曲線。</p><p>　　圖3 階躍響應(yīng)法 圖4 矩形脈沖響應(yīng)法 </p><p>　　(1)階躍響應(yīng)曲線的試驗(yàn)測(cè)定：</p><p>　　將被控過程的輸入量作一階躍變化，同時(shí)記錄其輸出量隨時(shí)間而變化的曲線，則稱為階躍響應(yīng)曲線。<

23、/p><p>　　階躍響應(yīng)曲線能直觀，完全描述被控過程的動(dòng)態(tài)特性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法易于實(shí)現(xiàn)，只要是閥門的開度作一階躍變化即可，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須注意：</p><p>　　(a)合理選擇階躍擾動(dòng)量，既不能太大，以免影響正常生產(chǎn)，也不能太小，以防被控過程的不真實(shí)性。通常取階躍信號(hào)值為正常輸入信號(hào)的5％一15％，以不影響生產(chǎn)為準(zhǔn)。</p><p>　　(b)試驗(yàn)應(yīng)在相同的測(cè)試條件下重復(fù)

24、做幾次，需獲得兩次以上的比較接近的相應(yīng)曲線，減少干擾的影響。</p><p>　　(c)試驗(yàn)應(yīng)在階躍信號(hào)作正，反方向變化時(shí)分別測(cè)出其相應(yīng)曲線，以檢驗(yàn)被控過程的非線性程度。</p><p>　　(d)試驗(yàn)前，即在輸入階躍信號(hào)前，被控過程必需處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在一次試驗(yàn)完成后，必須是被控過程穩(wěn)定一段時(shí)間后再施加測(cè)試信號(hào)作第二次試驗(yàn)。</p><p>　　考慮到實(shí)際工程

25、的方便，對(duì)主爐溫度控制我們采用階躍響應(yīng)曲線試驗(yàn)建模法。根據(jù)</p><p>　　控制理論來分析，設(shè)計(jì)或改進(jìn)一個(gè)過程控制系統(tǒng)，只有過程的階躍響應(yīng)曲線顯然是不夠的，還必須有階躍響應(yīng)曲線來辨識(shí)被控過程數(shù)學(xué)模型，如微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性、差分方程等。在確定模型參數(shù)時(shí)，首先分析階躍響應(yīng)曲線的形狀，選取一種模型結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。由階躍響應(yīng)曲線辨識(shí)數(shù)學(xué)模型的方法很多，一階慣性環(huán)節(jié)是一種常用的估計(jì)方法。</p&

26、gt;<p>　　在過程輸入階躍信號(hào)x0的瞬時(shí)，其響應(yīng)曲線的斜率最大，如圖5所示。</p><p><b>　　圖5 階躍響應(yīng)曲線</b></p><p>　　此時(shí)，其數(shù)學(xué)模型可用一階慣性環(huán)節(jié)來近似，即</p><p>　　式中參數(shù)K、的求法如下：</p><p>　　(1)過程的靜態(tài)放大系數(shù)</p&

27、gt;<p>　　(2)過程的時(shí)間常數(shù)</p><p>　　對(duì)于上式所示的過程模型，在階躍信號(hào)x0作用下的時(shí)間特性為：</p><p>　　式中，K為過程的放大系數(shù)，可由上式可確定。</p><p>　　圖3．20描繪該方程的曲線圖，表明一階過程對(duì)輸入的突然變化不能瞬時(shí)做出響應(yīng)。事實(shí)上，當(dāng)時(shí)間間隔等于過程時(shí)間常數(shù)是（）過程響應(yīng)應(yīng)僅為完全值得63.2％。

28、從利用上講，除了，過程輸出總不會(huì)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值；當(dāng)（）時(shí)，相應(yīng)近似為最終穩(wěn)態(tài)值。</p><p>　　設(shè)備及控制儀表的選型</p><p>　　（1）溫度變送器的選擇</p><p>　　選用JCJ100G溫度變送器，JCJ100G溫度變送器將熱電熱偶所測(cè)的溫度變化通過電路處理，經(jīng)信號(hào)放大后轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào)。信號(hào)可以供數(shù)字儀表、記錄儀、模擬調(diào)節(jié)器、DCS系

29、統(tǒng)，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)過程檢測(cè)與控制系統(tǒng)。 本溫度變送器采用優(yōu)質(zhì)電子器件，性能遠(yuǎn)高于其他同類產(chǎn)品，物美價(jià)廉。</p><p><b>　?。?）控制器選型</b></p><p>　　按照設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)選用一個(gè)KSW-6-16型溫度控制器為1300℃電爐的配套設(shè)備，與鉑銠—鉑熱電偶配套使用，可對(duì)電爐內(nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)量、顯示、控制，并可使?fàn)t膛內(nèi)的溫度自動(dòng)保持恒溫。以硅碳棒

30、為加熱元件的高溫電阻爐，其加熱元件的冷態(tài)與熱態(tài)時(shí)的電阻值相差較大，在長(zhǎng)期使用中硅碳棒的電阻值將逐漸變大。所以必須與調(diào)壓設(shè)備配套使用，KSW-6-16型號(hào)的溫度控制器具有溫度控制和電壓調(diào)節(jié)二種功能，該溫度控制器的溫度顯示有數(shù)字顯示和指針顯示二種，其中尤以固態(tài)繼電器為執(zhí)行元件并配以數(shù)字顯示的控制器性能更為優(yōu)越。</p><p>　　結(jié)構(gòu)及工作原理：溫度控制器的外殼由鋼板沖壓折制成型并采用鋁合金框架結(jié)構(gòu)，外殼表面采用高

31、強(qiáng)度的靜電噴涂，漆膜光滑牢固?？刂破鞯那安垦b有溫度控制儀表、電壓表、電流表和電源開關(guān)?？刂破鞯膬?nèi)部裝有可控硅、線路板及螺旋保險(xiǎn)和接線端子等電器元件。該溫度控制系統(tǒng)采用了優(yōu)質(zhì)電子集成元件，控溫靈敏、性能可靠、使用方便。</p><p>　　其工作原理：熱電偶將電爐內(nèi)部的溫度轉(zhuǎn)換為毫伏電壓值，經(jīng)過集成放大器的放大、比較后，輸出移相控制信號(hào)，有效地控制可控硅的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制硅碳棒的平均加熱功率，使?fàn)t膛內(nèi)的溫度保持恒溫

32、。</p><p><b>　?。?）執(zhí)行器的選擇</b></p><p>　　PID系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、排料閥。電動(dòng)閥使用電機(jī)作動(dòng)力，氣動(dòng)閥使用壓縮空氣作動(dòng)力，電動(dòng)閥對(duì)液體介質(zhì)和大管道徑氣體效果好，不受氣候影響，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥要求電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和閥體間隙精密，能夠準(zhǔn)確地控制閥門開度，閥芯則根據(jù)重油黏度系數(shù)選用V型半球閥，使其過油能夠連續(xù)通順，并使調(diào)節(jié)與開度盡量滿足

33、線性關(guān)系。為了解決排料的連續(xù)性，選擇了氣動(dòng)控制排料閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為I／P定位器。I／P定位器是二位三通電磁閥。此裝置通過閥門開關(guān)來控制氣缸帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　?。?）氣開氣關(guān)選擇</b></p><p>　　氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣開或者氣關(guān)，通常是通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正反作用和調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的不同組裝方式實(shí)現(xiàn)。氣開氣關(guān)的選擇是根據(jù)工藝生產(chǎn)的安全角度出發(fā)來考慮的。在本設(shè)

34、計(jì)中，沸騰焙燒爐的溫度控制，調(diào)節(jié)閥安裝在燃料氣管道上，根據(jù)爐膛的溫度或被加熱物料在加熱爐出口的溫度來控制燃料的供應(yīng)。根據(jù)生產(chǎn)過程的工藝特點(diǎn)和安全要求，保證人身安全原則、系統(tǒng)與設(shè)備安全原則，保證產(chǎn)品的質(zhì)量原則，減少原料和動(dòng)力浪費(fèi)原則，基于介質(zhì)特點(diǎn)的工藝設(shè)備安全原則，本設(shè)計(jì)選用氣開閥更安全些，因?yàn)橐坏庠赐Ｖ构┙o，閥門處于關(guān)閉比閥門處于全開更適合。如果氣源中斷，燃料閥全開，會(huì)使加熱過量發(fā)生危險(xiǎn)。</p><p>　　

35、（5）調(diào)節(jié)器正負(fù)作用選擇</p><p>　　副調(diào)節(jié)器作用方式的選擇，確定副被控過程的Ko2，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，燃料量增大，爐膛溫度上升，所以 Ko2 >0 。最后確定副調(diào)節(jié)器，為保證副回路是負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)(即增益)乘積必須為正，所以副調(diào)節(jié)器 K 2>0 ，副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。</p><p>　　主調(diào)節(jié)器作用方式的選擇，爐膛溫度升高，物料出口溫度也升高，主被

36、控過程 Ko1 > 0。為保證主回路為負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為正，所以副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) K 1> 0，主調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。</p><p>　　六、溫度控制器PID參數(shù)整定及仿真</p><p>　　PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括

37、起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用

38、哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。</p><p>　　被控對(duì)象為一階傳遞函數(shù)</p>

39、<p>　　采樣時(shí)間為O.2秒，輸入指令為一階階躍信號(hào)。</p><p>　　溫度控制器PID參數(shù)整定方法，應(yīng)用Matlab計(jì)算機(jī)語言編寫了算法PID參數(shù)程序，獲得優(yōu)化參數(shù)。</p><p>　　整定后的PID控制階躍響應(yīng)在Matlab環(huán)境下進(jìn)行仿真，仿真控制程序如圖3．31所</p><p><b>　　示。</b></p&

40、gt;<p>　　圖6 溫度PID控制的Simulink仿真程序</p><p>　　在仿真環(huán)境下焙燒爐設(shè)定1110℃，仿真曲線圖所示。</p><p>　　圖7 溫度PID整定的階躍響應(yīng)曲線</p><p>　　通過仿真曲線圖7可以看出通過PID參數(shù)能夠使焙燒爐溫度快速穩(wěn)定準(zhǔn)確的跟蹤設(shè)定值，上升時(shí)間大約為8s，調(diào)節(jié)時(shí)間約為10s，超調(diào)量小，基本達(dá)到控

41、制要求。</p><p><b>　　七、總結(jié)</b></p><p>　　所設(shè)計(jì)的回路控制策略應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的控制要求，而且能夠提高產(chǎn)品的品質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室整定的PID參數(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器有很好的指導(dǎo)意義，提高了控制精度；為氧化鋁焙燒生產(chǎn)提供保障；減輕了現(xiàn)場(chǎng)工藝人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)也能更加精確、嚴(yán)格的按照設(shè)定好的曲線烘爐，提高爐子內(nèi)襯的使用壽命，為順利生產(chǎn)提供前提保

42、障?？傊?，焙燒過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)成功的應(yīng)用到實(shí)際工程中，滿足實(shí)際項(xiàng)目的工藝要求，降低了現(xiàn)場(chǎng)人員的工作量，節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)能量，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 熊志利. 氧化鋁生產(chǎn)焙燒過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā) 東北大學(xué)</p><p>　　[2] 翟小康. 焙燒生產(chǎn)工藝燃燒控制系

43、統(tǒng)分析 消費(fèi)電子 2014，（14）</p><p>　　[3] 姚月航. 氧化鋁的焙燒技術(shù)與節(jié)能 中國(guó)科技博覽 2014，（12）</p><p>　　[4] 盛坤. PID技術(shù)在氧化鋁焙燒爐上的應(yīng)用 自動(dòng)化儀表 2013,34（6）</p><p>　　[5] 陶峰. 淺析PID參數(shù)如何調(diào)節(jié) 中國(guó)科技博覽 2011，（38）：14-17</p>&