棒材加熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

1、棒材加熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用 摘 要 通過(guò)對(duì)承鋼棒材加熱爐控制現(xiàn)狀及技術(shù)難點(diǎn)的分析，提出棒材加熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)施方案并給予實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，滿足工藝要求，節(jié)能效果明顯，有一定的推廣作用。 【關(guān)鍵詞】加熱爐 自動(dòng)控制 人機(jī)交換 安全保護(hù) 加熱爐熱自動(dòng)控制的目的就是得到滿足工藝軋制要求溫度的鋼坯，提高加熱質(zhì)量，保證最終產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。同時(shí)使得加熱鋼坯過(guò)程能耗最低，產(chǎn)生的氧化鐵皮量最少?，F(xiàn)代加熱爐能耗占整個(gè)棒材生產(chǎn)線耗能的50%左右，隨著軋鋼生產(chǎn)的大型化、連續(xù)化和高產(chǎn)量、高質(zhì)量、多品種、節(jié)約能源等的要求，采用自動(dòng)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)加熱爐控制的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)加熱情況的穩(wěn)定性直接

2、關(guān)系到后期產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，必須通過(guò)自動(dòng)控制手段才可以實(shí)現(xiàn)。 本文通過(guò)對(duì)棒材加熱爐控制現(xiàn)狀與技術(shù)難度的分析，提出對(duì)加熱爐自動(dòng)控制的方案，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)加熱爐90%以上的自動(dòng)控制，其控制精度及節(jié)能效果優(yōu)于傳統(tǒng)控制方式。 1 加熱爐現(xiàn)狀及系統(tǒng)配置 1.1 加熱爐現(xiàn)狀 承鋼棒材加熱爐為雙蓄熱步進(jìn)式加熱爐，其設(shè)計(jì)能力為120t（冷裝）-200t（熱裝）/h，可以裝爐鋼坯長(zhǎng)度為6米-12.1米，并可以選擇自動(dòng)進(jìn)行雙排料或單排布料形式，加熱爐分為加預(yù)熱段、加熱一段、加熱二段、均熱段控制加熱，配備3臺(tái)變頻鼓風(fēng)機(jī)（兩用一備）4臺(tái)變頻引風(fēng)機(jī)助燃，入爐煤氣采用高爐煤氣。 整個(gè)加熱爐式復(fù)合結(jié)構(gòu)，分段加熱，各段加熱之

3、間相互耦合，是一個(gè)復(fù)雜對(duì)象，其加熱鋼坯升溫的過(guò)程是一個(gè)典型的非線性，滯后性強(qiáng)，耦合性強(qiáng)的過(guò)程。 1.2 系統(tǒng)配置 加熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)是由西門(mén)子plc400作為系統(tǒng)的主控制器，cpu模塊采用兩塊cpu414-2dp使用mpi做通訊，i/o采用分布式控制結(jié)構(gòu)的et200系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線采用profibus-dp的總線結(jié)構(gòu)，將主控制器與現(xiàn)場(chǎng)et200系統(tǒng)相連接，操作站（hmi）與主控制器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)方式相連，可以提供加熱溫度趨勢(shì)曲線、入爐鋼坯溫度、煤氣空氣流量、出爐鋼坯溫度的數(shù)據(jù)，預(yù)留二級(jí)系統(tǒng)接口，并可以隨時(shí)接收加熱爐發(fā)出的設(shè)定溫度、加熱制度數(shù)據(jù)等。 plc1控制器主要用以生產(chǎn)過(guò)程的邏輯控制及順序控

4、制，主要是接收數(shù)字量的信號(hào)，plc2主要是儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要是接收數(shù)模擬量的信號(hào)。工作站用于參數(shù)設(shè)定、操作及修改、報(bào)警、事故顯示、過(guò)程畫(huà)面和系統(tǒng)狀態(tài)等。 2 控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì) 加熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)功能主要分為以下幾方面：爐溫控制及爐壓控制、換向系統(tǒng)控制、入出料控制、安全保護(hù)控制及其他一些能源監(jiān)控等。 2.1 爐溫控制及爐壓控制 加熱爐分為4個(gè)燃燒控制段，每段的控制方式相同，在每個(gè)燃燒控制段采用4只s型熱電偶進(jìn)行測(cè)溫，分別為爐頂2只均布，爐墻2只位于鋼頭尾處布置，每個(gè)熱電偶的測(cè)溫信號(hào)通過(guò)plc處理后在hmi上顯示，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)比對(duì)爐頂及爐墻上熱電偶的檢測(cè)結(jié)果，當(dāng)有熱電偶出現(xiàn)故障或者燃燒溫度異常于

5、要求時(shí)，會(huì)在操作站報(bào)警，提醒崗位人員及維護(hù)人員進(jìn)行確認(rèn)及維修。 當(dāng)加熱爐進(jìn)行自動(dòng)控制設(shè)定溫度后，每段測(cè)量溫度會(huì)與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)雙交叉限幅控制方式，首先對(duì)所在區(qū)域的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行操作，以達(dá)到調(diào)控溫度的目的，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度無(wú)法滿足要求時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)區(qū)域所在的鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)及煤氣開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到達(dá)到預(yù)期設(shè)定溫度，由于溫度提升存在滯后性，整個(gè)過(guò)程需要至少5-8分鐘穩(wěn)定運(yùn)行。 加熱爐整體采用微正壓控制，在爐頂壓差變送器將測(cè)量值送給plc，plc處理后一方面?zhèn)鹘o自動(dòng)控制系統(tǒng)，一方面在hmi上顯示，在爐壓測(cè)量中，可能會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)區(qū)域不一樣的情況，在操作站可以設(shè)定允許爐壓偏差值，使系統(tǒng)自動(dòng)控制煙道閥門(mén)進(jìn)行

6、打開(kāi)或關(guān)閉操作，從而達(dá)到爐壓控制的目的。由于加熱負(fù)荷波動(dòng)大，我們采取前饋的方式來(lái)保證爐壓穩(wěn)定。 2.2 換向系統(tǒng)控制 2.2.1 定時(shí)換向 加熱爐換向閥自動(dòng)操作最常用的方式，是段與段之間錯(cuò)開(kāi)，也就是一側(cè)燃燒對(duì)面?zhèn)扰艧?，按照燒嘴燃燒的時(shí)間，當(dāng)某段燃燒到設(shè)定時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行按照一定的順序換向。 2.2.2 定溫定時(shí)換向 每個(gè)換向閥蓄熱箱有熱電偶進(jìn)行檢測(cè)溫度，首先設(shè)定換向定時(shí)時(shí)間，之后設(shè)定換向閥換向定溫溫度（不可以超過(guò)廠家給的最大使用溫度），之后系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，在運(yùn)行過(guò)程中。在換向周期內(nèi)，只要換向閥超過(guò)檢測(cè)溫度，無(wú)論時(shí)間是否到，換向閥都進(jìn)行換向，且當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度后，操作站報(bào)警。 2.2.3 換向閥

7、報(bào)警 系統(tǒng)給出換向命令后，由于長(zhǎng)時(shí)間閥桿未達(dá)到換向的檢測(cè)位置，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)換向報(bào)警，提示維護(hù)人員及時(shí)處理故障，防止事故擴(kuò)大，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 2.3 入出料控制 主要是自動(dòng)將熱對(duì)接輥道或上料臺(tái)架的鋼坯實(shí)現(xiàn)自動(dòng)入爐、定位 推鋼、步進(jìn)、出爐及與軋機(jī)連鎖，控制鋼坯出爐的頻率，防止鋼坯出爐過(guò)快或者過(guò)慢，避免機(jī)架間跟近廢鋼或影響軋制節(jié)奏。此功能主要是在plc1上進(jìn)行邏輯處理。同時(shí)此功能可以檢測(cè)出鋼溫度，當(dāng)鋼溫過(guò)高或者低于工藝要求時(shí)，操作畫(huà)面會(huì)報(bào)警，同時(shí)出爐輥道變慢或者停止，等待下一步人工指令，并且可以記錄每只鋼坯的平均溫度。 2.4 安全保護(hù)控制及其他監(jiān)控 煤氣總管上設(shè)有事故自動(dòng)切斷閥，在發(fā)生煤氣壓力

8、低、流量波動(dòng)大、氮?dú)鈮毫Φ?、步進(jìn)梁冷卻水流量不足等重大事故時(shí)自動(dòng)切斷煤氣；雙plc功能是為保證萬(wàn)一出現(xiàn)某一個(gè)plc死機(jī)情況，另外一個(gè)plc也具備緊急切斷及緊急處理功能；另外操作臺(tái)具有緊急事故人工按鈕，它是獨(dú)立硬件，不與任何判斷相連接，是人工處理事故最為緊急可靠的保證。 煤氣及其他能源介質(zhì)是保證加熱爐穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件之一，操作站可以對(duì)加熱爐使用的凈環(huán)水、軟水、壓縮空氣、氮?dú)饧安竭M(jìn)梁冷卻水等進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)任何某一指標(biāo)未達(dá)到要求時(shí)，操作臺(tái)會(huì)報(bào)警，使維護(hù)人員進(jìn)行故障處理，當(dāng)介質(zhì)低于某一臨界條件時(shí)，快切閥動(dòng)作，切斷煤氣，加熱爐開(kāi)始自動(dòng)降溫。 3 結(jié)束語(yǔ) 承鋼棒材加熱爐自動(dòng)系統(tǒng)投用后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，人機(jī)界面友好，操作人員可以方便、快捷的根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)設(shè)定及修改，更對(duì)以后的工藝及對(duì)特殊鋼種的加熱溫度及加熱