棒材加热炉自动控制系统的应用

1、棒材加热炉自动控制系统的应用 摘 要 通过对承钢棒材加热炉控制现状及技术难点的分析，提出棒材加热炉自动控制系统的实施方案并给予实现。经过实际运行，自动控制系统稳定性强，满足工艺要求，节能效果明显，有一定的推广作用。 【关键词】加热炉 自动控制 人机交换 安全保护 加热炉热自动控制的目的就是得到满足工艺轧制要求温度的钢坯，提高加热质量，保证最终产品质量的稳定。同时使得加热钢坯过程能耗最低，产生的氧化铁皮量最少。现代加热炉能耗占整个棒材生产线耗能的50%左右，随着轧钢生产的大型化、连续化和高产量、高质量、多品种、节约能源等的要求，采用自动控制技术是实现加热炉控制的发展趋势。同时加热情况的稳定性直接

2、关系到后期产品的质量稳定，必须通过自动控制手段才可以实现。 本文通过对棒材加热炉控制现状与技术难度的分析，提出对加热炉自动控制的方案，从而实现了对整个加热炉90%以上的自动控制，其控制精度及节能效果优于传统控制方式。 1 加热炉现状及系统配置 1.1 加热炉现状 承钢棒材加热炉为双蓄热步进式加热炉，其设计能力为120t（冷装）-200t（热装）/h，可以装炉钢坯长度为6米-12.1米，并可以选择自动进行双排料或单排布料形式，加热炉分为加预热段、加热一段、加热二段、均热段控制加热，配备3台变频鼓风机（两用一备）4台变频引风机助燃，入炉煤气采用高炉煤气。 整个加热炉式复合结构，分段加热，各段加热之

3、间相互耦合，是一个复杂对象，其加热钢坯升温的过程是一个典型的非线性，滞后性强，耦合性强的过程。 1.2 系统配置 加热炉自动控制系统是由西门子plc400作为系统的主控制器，cpu模块采用两块cpu414-2dp使用mpi做通讯，i/o采用分布式控制结构的et200系统，现场总线采用profibus-dp的总线结构，将主控制器与现场et200系统相连接，操作站（hmi）与主控制器通过工业以太网方式相连，可以提供加热温度趋势曲线、入炉钢坯温度、煤气空气流量、出炉钢坯温度的数据，预留二级系统接口，并可以随时接收加热炉发出的设定温度、加热制度数据等。 plc1控制器主要用以生产过程的逻辑控制及顺序控

4、制，主要是接收数字量的信号，plc2主要是仪表自动控制系统，主要是接收数模拟量的信号。工作站用于参数设定、操作及修改、报警、事故显示、过程画面和系统状态等。 2 控制系统工程设计 加热炉自动控制系统功能主要分为以下几方面：炉温控制及炉压控制、换向系统控制、入出料控制、安全保护控制及其他一些能源监控等。 2.1 炉温控制及炉压控制 加热炉分为4个燃烧控制段，每段的控制方式相同，在每个燃烧控制段采用4只s型热电偶进行测温，分别为炉顶2只均布，炉墙2只位于钢头尾处布置，每个热电偶的测温信号通过plc处理后在hmi上显示，系统会自动比对炉顶及炉墙上热电偶的检测结果，当有热电偶出现故障或者燃烧温度异常于

5、要求时，会在操作站报警，提醒岗位人员及维护人员进行确认及维修。 当加热炉进行自动控制设定温度后，每段测量温度会与设定温度进行比较，经过双交叉限幅控制方式，首先对所在区域的电动调节阀进行操作，以达到调控温度的目的，当调节阀开度无法满足要求时，系统会对区域所在的鼓风机、引风机及煤气开度进行调节，直到达到预期设定温度，由于温度提升存在滞后性，整个过程需要至少5-8分钟稳定运行。 加热炉整体采用微正压控制，在炉顶压差变送器将测量值送给plc，plc处理后一方面传给自动控制系统，一方面在hmi上显示，在炉压测量中，可能会出现几个区域不一样的情况，在操作站可以设定允许炉压偏差值，使系统自动控制烟道阀门进行

6、打开或关闭操作，从而达到炉压控制的目的。由于加热负荷波动大，我们采取前馈的方式来保证炉压稳定。 2.2 换向系统控制 2.2.1 定时换向 加热炉换向阀自动操作最常用的方式，是段与段之间错开，也就是一侧燃烧对面侧排烟，按照烧嘴燃烧的时间，当某段燃烧到设定时间时，系统进行按照一定的顺序换向。 2.2.2 定温定时换向 每个换向阀蓄热箱有热电偶进行检测温度，首先设定换向定时时间，之后设定换向阀换向定温温度（不可以超过厂家给的最大使用温度），之后系统自动运行，在运行过程中。在换向周期内，只要换向阀超过检测温度，无论时间是否到，换向阀都进行换向，且当温度超过设定温度后，操作站报警。 2.2.3 换向阀

7、报警 系统给出换向命令后，由于长时间阀杆未达到换向的检测位置，系统会出现换向报警，提示维护人员及时处理故障，防止事故扩大，保证系统的稳定运行。 2.3 入出料控制 主要是自动将热对接辊道或上料台架的钢坯实现自动入炉、定位 推钢、步进、出炉及与轧机连锁，控制钢坯出炉的频率，防止钢坯出炉过快或者过慢，避免机架间跟近废钢或影响轧制节奏。此功能主要是在plc1上进行逻辑处理。同时此功能可以检测出钢温度，当钢温过高或者低于工艺要求时，操作画面会报警，同时出炉辊道变慢或者停止，等待下一步人工指令，并且可以记录每只钢坯的平均温度。 2.4 安全保护控制及其他监控 煤气总管上设有事故自动切断阀，在发生煤气压力

8、低、流量波动大、氮气压力低、步进梁冷却水流量不足等重大事故时自动切断煤气；双plc功能是为保证万一出现某一个plc死机情况，另外一个plc也具备紧急切断及紧急处理功能；另外操作台具有紧急事故人工按钮，它是独立硬件，不与任何判断相连接，是人工处理事故最为紧急可靠的保证。 煤气及其他能源介质是保证加热炉稳定运行的重要条件之一，操作站可以对加热炉使用的净环水、软水、压缩空气、氮气及步进梁冷却水等进行监控，当任何某一指标未达到要求时，操作台会报警，使维护人员进行故障处理，当介质低于某一临界条件时，快切阀动作，切断煤气，加热炉开始自动降温。 3 结束语 承钢棒材加热炉自动系统投用后，系统运行稳定，人机界面友好，操作人员可以方便、快捷的根据现场实际情况进行参数设定及修改，更对以后的工艺及对特殊钢种的加热温度及加热