步進(jìn)式加熱爐加熱質(zhì)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文

1、. . . . 步進(jìn)式加熱爐加熱質(zhì)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘  要：目前，工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。本文通過對步進(jìn)式加熱爐加熱質(zhì)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而反映出當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向。同時(shí)，介紹了軟件設(shè)計(jì)思想和脈沖式燃燒控制技術(shù)原理特點(diǎn)與在本系統(tǒng)的應(yīng)用。一、 引言加熱爐是軋鋼工業(yè)必須配備的熱處理設(shè)備。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的軋鋼廠應(yīng)該配置大型化的、高度自動(dòng)化的步進(jìn)梁式加熱爐，其生產(chǎn)應(yīng)符合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以與生產(chǎn)操作自動(dòng)化的工藝要求，以提高其產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力。我國軋鋼工業(yè)的加熱爐型有推鋼式爐和步進(jìn)式爐兩

2、種，但推鋼式爐有長度短、產(chǎn)量低，燒損大，操作不當(dāng)時(shí)會(huì)粘鋼造成生產(chǎn)上的問題，難以實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化。由于推鋼式爐有難以克服的缺點(diǎn)，而步進(jìn)梁式爐是靠專用的步進(jìn)機(jī)構(gòu)，在爐做矩形運(yùn)動(dòng)來移送鋼管，鋼管之間可以留出空隙，鋼管和步進(jìn)梁之間沒有摩擦，出爐鋼管通過托出裝置出爐，完全消除了滑軌擦痕，鋼管加熱斷面溫差小、加熱均勻，爐長不受限制，產(chǎn)量高，生產(chǎn)操作靈活等特點(diǎn)，其生產(chǎn)符合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以與生產(chǎn)操作自動(dòng)化的工藝要求。全連續(xù)、全自動(dòng)化步進(jìn)式加熱爐。這種生產(chǎn)線都具有以下特點(diǎn):生產(chǎn)能耗大幅度降低。產(chǎn)量大幅度提高。生產(chǎn)自動(dòng)化水平非常高，原加熱爐的控制系統(tǒng)大多是單回路儀表和繼電邏輯控制系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)也大多

3、是模擬量控制式的供電裝置，現(xiàn)在的加熱爐的控制系統(tǒng)都是PLC或DCS系統(tǒng)，而且大多還具有二級(jí)過程控制系統(tǒng)和三級(jí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)都是全數(shù)字化的直流或交流供電裝置。本工程是某鋼鐵集團(tuán)新建的180小口徑無縫連軋鋼管生產(chǎn)線中的熱處理線部分的步進(jìn)式加熱爐設(shè)備。二、 工藝描述本系統(tǒng)的工藝流程圖見圖1圖1 步進(jìn)式加熱爐工藝流程圖淬火爐和回火爐均為步進(jìn)梁式加熱爐。裝出料方式：側(cè)進(jìn)，側(cè)出;爐子布料：單排?；顒?dòng)梁和固定梁均為耐熱鑄鋼，頂面帶齒形面，直徑小于141.3mm鋼管，每個(gè)齒槽放一根鋼管。直徑大153.7mm的鋼管每隔一齒放一根鋼管?；顒?dòng)梁升程180mm，上、下各90mm，齒距為19

4、0mm，步距為145mm。因此每次步進(jìn)時(shí)，鋼管都能轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，使鋼管加熱均勻，并防止在爐彎曲變形。步進(jìn)梁能進(jìn)行正循環(huán)，送循環(huán)、單動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)各種動(dòng)作，升降時(shí)對鋼管輕托輕放，前進(jìn)時(shí)緩起緩?fù)＃瑹o振動(dòng)沖擊和失控現(xiàn)象。同時(shí)，具有踏步功能，踏步時(shí)向后步距為45mm，使鋼管在原齒槽不斷轉(zhuǎn)動(dòng)。固定梁用帶保溫支柱支撐其頂面高出爐底520mm。使?fàn)t氣能圍繞鋼管形成良好的循環(huán)，保證均勻加熱。淬火爐沿爐長方向分為裝料段、加熱段和保溫段。裝料段爐頂壓低，不裝排煙予熱鋼管（三個(gè)測量溫度點(diǎn)），以免鋼管突然受到強(qiáng)大熱流沖擊產(chǎn)生彎曲變形。加熱段沿爐寬方向分為四個(gè)區(qū)段進(jìn)行比例燃燒和溫度控制。保溫段沿爐寬方向分4區(qū)段進(jìn)行脈沖燃燒和溫

5、度控制（用二套控制器），以確保保溫區(qū)爐溫±5和保溫后鋼管全長溫度均勻性在10以的要求。同時(shí)更方便用戶控制鋼管端溫度，滿足淬火需要。淬火爐最高控制爐溫960，允許max1050?；鼗馉t沿爐長方向分為裝料段，加熱段，均溫段和保溫段。同樣裝料段不設(shè)燒嘴。加熱段沿爐寬方向分二個(gè)溫區(qū)，中間8個(gè)燒嘴為一個(gè)溫區(qū)，兩邊各4個(gè)燒嘴合起來為一溫區(qū)，用一個(gè)脈沖控制器控制。均溫段、保溫段沿爐寬方向各分為四區(qū)（每二個(gè)溫區(qū)一個(gè)控制器），均采用脈沖燃燒溫度控制。確保爐溫控制±5，保溫后鋼管全長溫度均勻性10的要求?；鼗馉t最高控制爐溫750，允許max800（為生產(chǎn)高壓鍋爐管作儲(chǔ)備）。淬火爐、回火爐爐煙氣

6、均經(jīng)裝料段下方的八個(gè)分煙管引出，進(jìn)入集煙管，由集煙管中部引至總煙管，通過空氣予熱器回收煙氣余熱，再經(jīng)煙道由煙囪排入大氣。這種方式可有效防止?fàn)t煙氣的偏流。淬、回火爐進(jìn)出料均采用側(cè)進(jìn)，側(cè)出方式。淬火爐裝出料懸臂輥采用斜80角安裝，使鋼管在入爐和出爐時(shí)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)并靠向裝出料端墻一側(cè)靠齊，其目的是防止鋼管入爐時(shí)彎曲并有利裝出料定位。三、步進(jìn)式加熱爐生產(chǎn)中的關(guān)鍵控制技術(shù)3.1 生產(chǎn)節(jié)奏的控制步進(jìn)式加熱爐生產(chǎn)中的生產(chǎn)節(jié)奏的控制是非常重要的，在管材線全自動(dòng)、全連續(xù)工作時(shí)，加熱爐區(qū)的機(jī)械設(shè)備如進(jìn)料輥道、步進(jìn)梁、出料輥道、液壓站與其它公輔設(shè)施，設(shè)備運(yùn)行節(jié)奏必須高度統(tǒng)一，才能實(shí)現(xiàn)管材物流全過程準(zhǔn)確定位，以

7、實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、全連續(xù)工作。依據(jù)生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃而需要裝爐時(shí)，通過上料臺(tái)架輸送至裝料輥道，經(jīng)光電開關(guān)與金屬探測器而自動(dòng)輸送到爐外輥道上。待爐裝料端空出位置時(shí)，自動(dòng)開啟爐門，由其與爐輥道托入爐放置到固定梁上，并由此開始進(jìn)行爐的管材物流跟蹤。管材通過爐子步進(jìn)梁自裝料端一步步地移送到爐子的出料端。由裝在出料端的光電開關(guān)檢測到管材邊緣并在步進(jìn)梁完成此時(shí)的步距運(yùn)行后，暫停步進(jìn)梁的移送動(dòng)作，PLC同時(shí)測算等待出爐管材的位置。在加熱爐接到出鋼信號(hào)后，再自動(dòng)開啟出料爐門，由出料輥道運(yùn)至爐外出料輥道上。當(dāng)金屬檢測器探測到管材時(shí)，在由出料輥道輸送至其他設(shè)備，進(jìn)行下一道工藝。管材輸送、測量、裝出料、物流跟蹤以與管材的數(shù)據(jù)信

8、息交換通過PLC和二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行順序、定時(shí)、聯(lián)鎖與邏輯控制，實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)管理。3.2 加熱爐燃燒控制工業(yè)爐的燃燒控制水平直接影響到生產(chǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)，例如：產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗等。目前國的工業(yè)爐一般都采用連續(xù)燃燒控制的形式，即通過控制燃料、助燃空氣流量的大小來使?fàn)t的溫度、燃燒氣氛達(dá)到工藝要求。由于這種連續(xù)燃燒控制的方式往往受到燃料流量的調(diào)節(jié)和測量等環(huán)節(jié)的制約，所以目前大多數(shù)工業(yè)爐的控制效果不佳。隨著工業(yè)爐工業(yè)的迅猛發(fā)展，脈沖式燃燒控制技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，并在國外得到一定程度的應(yīng)用，取得了良好的使用效果。目前高檔工業(yè)產(chǎn)品對爐溫度場的均勻性要求較高，對燃燒氣氛的穩(wěn)定可控性要求較高，使

9、用傳統(tǒng)的連續(xù)燃燒控制無法實(shí)現(xiàn)。隨著寬斷面、大容量的工業(yè)爐的出現(xiàn)，必須采用脈沖燃燒控制技術(shù)才能控制爐溫度場的均勻性。本系統(tǒng)主要采用脈沖燃燒系統(tǒng)。它是一種間斷燃燒的方式，使用脈寬調(diào)制技術(shù)，通過調(diào)節(jié)燃燒時(shí)間的占空比（通斷比）實(shí)現(xiàn)窯爐的溫度控制。燃燒狀態(tài)下的燃料流量可通過主燃料控制閥門在線調(diào)節(jié)，燃燒器一旦燃燒，就處于其設(shè)計(jì)的最佳燃燒狀態(tài)，保證燃燒器燃燒時(shí)的燃?xì)獬隹谒俣炔蛔??？刂葡到y(tǒng)使?fàn)t燃燒器交替燃燒，通過燃?xì)庠跔t的不斷攪拌，使?fàn)t溫度場均勻分布。當(dāng)需要升溫時(shí)，燃燒器燃燒時(shí)間加長，間斷時(shí)間減小;需要降溫時(shí)，燃燒器燃燒時(shí)間減小，間斷時(shí)間加長。并根據(jù)爐的設(shè)定溫度來控制燃燒時(shí)的燃料流量，當(dāng)設(shè)定溫度較低時(shí)，將主燃

10、料控制閥門關(guān)小，當(dāng)設(shè)定溫度較高時(shí)，將主燃料控制閥門開大，避免爐處于低溫狀態(tài)時(shí)，燃?xì)馀c爐的溫度差過大，對爐制品造成的直接熱沖擊。脈沖燃燒系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)為：1） 系統(tǒng)簡單可靠，造價(jià)低；2） 可提高爐溫度場的均勻性；3） 傳熱效率高，大大降低能耗；4） 燃燒器的負(fù)荷調(diào)節(jié)比；。5） 無需在線調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)空燃比的精確控制。與傳統(tǒng)的比例燃燒控制相比，脈沖燃燒控制系統(tǒng)中參與控制的儀表大大減少，僅有溫度傳感器、控制器和執(zhí)行器，省略了大量價(jià)格昂貴的流量、壓力檢測控制機(jī)構(gòu)。并且，由于只需兩位式開關(guān)控制，執(zhí)行器也由原來的氣動(dòng)（電動(dòng)）控制閥門變?yōu)殡姶砰y門，增加了系統(tǒng)

11、的可靠性，大大降低了系統(tǒng)造價(jià)。普通燒嘴的空燃比一般為1：4左右，當(dāng)燒嘴在滿負(fù)荷工作時(shí)，燃?xì)饬魉?、火焰形狀、熱效率均可達(dá)到最佳狀態(tài)，但當(dāng)燒嘴流量接近其最小流量時(shí)，熱負(fù)荷最小，燃?xì)饬魉俅蟠蠼档停鹧嫘螤钸_(dá)不到要求，熱效率急劇下降，高速燒嘴工作在滿負(fù)荷流量50%以下時(shí)，上述各項(xiàng)指標(biāo)距設(shè)計(jì)要求就有了較大的差距。脈沖燃燒則不然，無論在何種情況下，燒嘴只有兩種工作狀態(tài)，一種是滿負(fù)荷工作，另一種是不工作，只是通過調(diào)整兩種狀態(tài)的時(shí)間比進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，所以采用脈沖燃燒可彌補(bǔ)燒嘴調(diào)節(jié)比低的缺陷，需要低溫控制時(shí)仍能保證燒嘴工作在最佳燃燒狀態(tài)。在使用高速燒嘴時(shí)，燃?xì)鈬姵鏊俣瓤欤怪車纬韶?fù)壓，將大量爐煙氣吸人主燃?xì)?，進(jìn)

12、行充分?jǐn)嚢杌旌希娱L了煙氣在爐的滯留時(shí)間，增加了煙氣與制品的接觸時(shí)間，從而提高了對流傳熱效率。四、 系統(tǒng)簡介4.1系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)拓?fù)鋱D見圖2圖2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D本加熱爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)由基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)（L1）和過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（L2）共同構(gòu)。本系統(tǒng)一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)由淬火爐電氣傳動(dòng)部分、回火爐電氣傳動(dòng)部分和淬火爐儀控部分、回火爐儀控部分四個(gè)控制站。淬火爐電氣傳動(dòng)部分PLC為S7 315-2DP帶4個(gè)ET200M從站和3個(gè)PROFIBUS-DP卡的西門子變頻器MM440系列,實(shí)現(xiàn)輥道的順控，鋼管在入爐輥道上的定位控制，步進(jìn)梁控制的功能。淬火爐傳動(dòng)系統(tǒng)采用變頻控制，變頻

13、器是由西門子公司提供的MM440系列。3個(gè)帶PROFIBUS-DP卡的MM440系列變頻器控制3組輥道?；鼗馉t電氣傳動(dòng)部分PLC為S7 315-2DP帶3個(gè)ET200M從站和2個(gè)帶PROFIBUS-DP卡的西門子變頻器MM440系列,實(shí)現(xiàn)輥道的順控，鋼管在入爐輥道上的定位控制，步進(jìn)梁控制的功能?；鼗馉t傳動(dòng)系統(tǒng)采用變頻控制，變頻器是由西門子公司提供的MM440系列。2個(gè)帶PROFIBUS-DP卡的MM440系列變頻器控制2組輥道。淬火爐儀控部分PLC主要由 S7 315-2DP與功能模FM355C閉環(huán)控制模塊構(gòu)成，每套PLC與其相應(yīng)的PID模塊負(fù)責(zé)控制淬火爐的全部儀

14、表，用來完成加熱爐工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集與過程控制。采用西門子FM355C閉環(huán)控制模塊控制加熱爐的工藝參數(shù)以達(dá)到加熱爐最佳燃燒的控制效果?；鼗馉t儀控部分PLC與淬火爐儀控部分PLC的構(gòu)成與功能基本上是一樣的。在過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，淬火爐和回火爐各設(shè)置一臺(tái)計(jì)算機(jī)，對各自的加熱爐系統(tǒng)進(jìn)行硬件的組態(tài)與參數(shù)設(shè)置、通訊的定義、編寫、調(diào)試用戶程序與畫面的監(jiān)控與數(shù)據(jù)的紀(jì)錄，最終實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和操作。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)為SIEMENS 工控機(jī)，配置為P4 2.0G，256M，并且?guī)в泄I(yè)以太網(wǎng)處理器CP1613。計(jì)算機(jī)借助于CP1613，通過工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換機(jī)OSM，與PLC進(jìn)行通訊。工業(yè)以太網(wǎng)光纖

15、交換機(jī)OSM，帶有兩個(gè)光纖接口和6個(gè)電氣接口。連接電纜采用多模纖維光纜，可用于強(qiáng)電磁干擾環(huán)境。冗余10M/100M 工業(yè)以太網(wǎng)大大提高了網(wǎng)絡(luò)性能，網(wǎng)絡(luò)配置和擴(kuò)展也十分簡單。用兩根光纜即可，而且是冗余配置，控制柜接線也很簡單。4.2 編程和組態(tài)與功能模塊FM355C（1） PLC編程軟件采用STEP7，STEP 7編程軟件在windows2000/XP 下運(yùn)行。STEP7編程語言提供了非常豐富的指令集，它使復(fù)雜功能的編程變得簡單快捷。 STEP7提供了結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，以塊形式管理用戶編寫的程序和資料，可以通過調(diào)用語句將它們組成結(jié)構(gòu)

16、化的用戶程序，增加了程序的可讀性和易維護(hù)性。系統(tǒng)為用戶提供了大量預(yù)先編制的功能塊，用戶可直接使用這些功能塊，從而大大縮短了編程時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)軟件包的功能標(biāo)準(zhǔn)軟件支持自動(dòng)任務(wù)創(chuàng)建過程的各個(gè)階段，如：· 建立和管理項(xiàng)目· 對硬件和通訊作組態(tài)和參數(shù)賦值· 管理符號(hào)· 創(chuàng)建程序，例如為S7可編程控制器創(chuàng)建程序· 下載程序到可編程控制器· 測試自動(dòng)化系統(tǒng)· 診斷設(shè)備故障（2）計(jì)算機(jī)上安裝的SCADA軟件為WinCC，操作系統(tǒng)為windows2000 。WinC

17、C具有廣泛的應(yīng)用和極高的兼容性，提供成熟可靠的操作和高效的組態(tài)性能。Wincc可用于自動(dòng)化領(lǐng)域中所有的操作員控制和監(jiān)控任務(wù)。Wincc可將生產(chǎn)過程中的狀態(tài)以圖像、文字、棒圖、曲線或報(bào)警形式清楚地表達(dá)出來。它同時(shí)能夠?qū)⑺l(fā)生的事件、過程數(shù)據(jù)記錄下來，供歷史數(shù)據(jù)查詢使用?？珊芊奖愕亟M態(tài)產(chǎn)生所需的報(bào)表格式，按時(shí)間或事件觸發(fā)打印。Wincc在Windows環(huán)境下，通過OLE和ODBC很容易將其他控件集成到應(yīng)用軟件中。也可通過DDE方式與其他應(yīng)用程序進(jìn)行通信。在Wincc中，嵌套一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)c語言，在工程中，可隨意地完成任務(wù)。同時(shí)可訪問Wincc的API編程接口來達(dá)到某些特殊功能。Wincc的具有開放通信協(xié)

18、議，支持多種PLC系統(tǒng)。（3）FM355C是用于閉環(huán)控制任務(wù)的4 通道閉環(huán)控制模塊， 它有如下功能: 可用于溫度、壓力和流量控制 方便用戶的在線自優(yōu)化溫度控制 預(yù)編程的控制器結(jié)構(gòu) FM 355C 作為連續(xù)動(dòng)作控制器 4 個(gè)模擬輸出端用于控制執(zhí)行元件 CPU 停機(jī)或故障后仍能連接運(yùn)行FM 355C 控制器具有下列性能: 工廠預(yù)制的控制器結(jié)構(gòu)用于 固定設(shè)定點(diǎn)控制，串聯(lián)控制，比例控制，3 分量控制;根據(jù)所選擇的控制器結(jié)構(gòu)，幾個(gè)控制器

19、可結(jié)合到一個(gè)結(jié)構(gòu)中。 不同的操作方式自動(dòng)、手動(dòng)、安全方式、跟隨方式、后備方式 2 種控制算法;自優(yōu)化溫度控制算法PID 算法本系統(tǒng)應(yīng)用了模塊基本的功能，取得了較好的效果。五、 控制軟件的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的控制方式有以下幾種：1）手動(dòng)方式：用于設(shè)備調(diào)試、檢修時(shí)的操作。2）半自動(dòng)方式：用于在手動(dòng)方式下對單體設(shè)備的自動(dòng)控制。3）自動(dòng)方式：用于對所有設(shè)備的自動(dòng)控制。控制軟件設(shè)計(jì)主要有以下幾部分：輥道控制；步進(jìn)梁控； 爐溫控制； 爐壓控制；煤氣總管壓力控制；空氣總管壓力控制； 熱風(fēng)溫度控制；緊急停爐保護(hù)其中主要的是步進(jìn)梁的控制和爐

20、溫控制與緊急停爐保護(hù)，下面主要說一下步進(jìn)梁控制、爐溫控制、緊急停爐保護(hù)的控制思想。5.1步進(jìn)梁控制步進(jìn)梁的動(dòng)作方式有周期方式和踏步方式，周期方式用于運(yùn)送鋼管向前移動(dòng)，而踏步方式用于等待出鋼。步進(jìn)梁的周期方式：活動(dòng)梁上升180mm，前進(jìn)145mm，下降180mm，后退145mm，鋼管前進(jìn)一個(gè)齒距。其運(yùn)行軌跡如下：圖3 步進(jìn)梁動(dòng)作軌跡圖其運(yùn)行速度如下圖所示：圖4 步進(jìn)梁運(yùn)行速度圖在步進(jìn)梁接近固定梁面時(shí)，放慢步進(jìn)梁的上升速度，以使步進(jìn)梁輕接觸固定梁上的鋼管，同樣下降時(shí)也是如此。步進(jìn)梁的控制系統(tǒng)如圖圖5 步進(jìn)梁控制原理圖步進(jìn)梁踏步方式：活動(dòng)梁上升180mm，后退45mm，

21、下降180mm，前進(jìn)45mm鋼管在固定梁原齒槽轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)行軌跡如下圖所示：圖6 步進(jìn)梁踏步軌跡圖5.2 爐溫控制 爐子溫區(qū)劃分淬火爐共8個(gè)控溫區(qū)。加熱段沿爐寬分四個(gè)區(qū)，即加熱1、加熱2、加熱3、加熱4、。保溫段沿爐寬也分4個(gè)區(qū)，即保溫1、保溫2、保溫3和保溫4?；鼗馉t共10個(gè)控溫區(qū)。加熱段沿爐寬分二個(gè)區(qū)，加熱1為中間段，加熱2為左右兩段組成。均溫段沿爐寬分4個(gè)區(qū)，即均溫1、均溫2、均溫3、均溫4。保溫段沿爐寬也分4個(gè)區(qū)，即保溫1、保溫2、保溫3和保溫4。以上每個(gè)區(qū)均為獨(dú)立控溫。 各區(qū)爐溫的設(shè)定方式各區(qū)的溫度有二種設(shè)定方式：手動(dòng)設(shè)定方式：即在工控機(jī)上手動(dòng)改變

22、各區(qū)溫度設(shè)定值對爐溫進(jìn)行設(shè)定。程序設(shè)定方式：對于不同規(guī)格與材質(zhì)的鋼管，按工藝要求對應(yīng)不同的設(shè)定溫度，操作者可予先將不同規(guī)格和材質(zhì)的鋼管的爐溫設(shè)定值以數(shù)據(jù)庫形式保存在PLC，并在工控機(jī)CRT的鋼管選擇界面上，可按需要，通過“一觸式”軟按鍵對各區(qū)爐溫進(jìn)行批量設(shè)定。 各區(qū)溫度的調(diào)節(jié)方式采用PID調(diào)節(jié)方式，其過程是由熱電偶檢測來的實(shí)際爐溫傳給FM355 PID模塊，并與該區(qū)設(shè)定值進(jìn)行比較，由該模塊實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算并輸出420mA信號(hào)，并將此信號(hào)傳輸至Krom公司的連續(xù)控制或脈沖控制器的輸入端，再去控制燃燒系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度控制。其體控制過程如下：對于淬火爐加熱1、加熱2、加熱3、加熱4四

23、個(gè)溫區(qū)，是采用德國Krom公司的比例燃燒連續(xù)控制系統(tǒng)，溫度模塊的PID輸出420mA信號(hào)控制系統(tǒng)的空氣電磁蝶閥?？諝怆姶诺y開度發(fā)生變化，通過空/燃比例調(diào)節(jié)閥使燒嘴前煤氣壓力發(fā)生變化，從而使供熱發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)爐溫的自動(dòng)控制。見圖7圖7 連續(xù)燃燒控制原理圖1燃?xì)怆姶砰y 2燒嘴控制器 3點(diǎn)火變壓器 4空燃比例閥5流量調(diào)節(jié)閥 6手動(dòng)蝶 7波紋管8燒嘴對于淬火爐的保溫1、保溫2、保溫3、保溫4四個(gè)區(qū)和回火爐的各區(qū)而言，是采用德國Krom公司的脈沖燃燒控制系統(tǒng)，脈沖控制器MPT-700，接受PID模塊的PID輸出信號(hào)并將該信號(hào)變成具有脈沖調(diào)寬時(shí)

24、序信號(hào)去控制脈沖燒嘴的開關(guān)時(shí)序與開關(guān)時(shí)間比例，從而達(dá)到調(diào)節(jié)空氣、煤氣的流量，達(dá)到控制爐溫的目的。為保證爐溫均勻度±5和沿鋼管全長溫度均勻性小于10要求，淬火爐的保溫段與回火爐均采用脈沖燃燒控制，在脈沖燃燒控制中，燒嘴只工作在開或關(guān)兩種狀態(tài)下，根據(jù)對燒嘴的功率、混合比、噴出速度等要求，將燒嘴一次性調(diào)至最佳工作狀態(tài)，我們采用的是Krom公司的調(diào)溫?zé)?，這樣對于提高燃燒效率，降低排放物污染程度都有明顯效果。其控制系統(tǒng)示意圖見圖 8圖8 脈沖燃燒控制原理圖5.3 緊急停爐保護(hù)和連鎖（1）自動(dòng)停爐當(dāng)發(fā)生以下情況時(shí)應(yīng)自動(dòng)停爐：車間煤氣總管壓力超低限;熱風(fēng)壓力超低限;

25、 冷卻水壓力超低限或斷水;助燃風(fēng)機(jī)故障停轉(zhuǎn);停電。自動(dòng)停爐過程：總管煤氣緊急切斷氮?dú)獯祾吖艿拦艿烂簹夥派ⅰ＃?）緊急手動(dòng)停爐它用于控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障等特殊情況。該系統(tǒng)為獨(dú)立于PLC控制的聯(lián)鎖系統(tǒng)，由操作者按急停按鈕完成停爐。停爐過程仍具有下面聯(lián)鎖功能：總管煤氣緊急切斷氮?dú)獯祾吖艿拦艿烂簹夥派?。六步進(jìn)式加熱爐控制方案設(shè)計(jì)步進(jìn)梁式加熱爐主要性能參數(shù)爐子額定能力：90t/h有銷爐底強(qiáng)度：500Kg/(m2*h)鋼坯加熱溫度：10501080攝氏度，最高1150攝氏度燃料： 高焦?fàn)t混合煤氣 設(shè)計(jì)發(fā)熱值：7531KJ/m3 煤氣接點(diǎn)壓力：8000pa 爐膛控制溫度：均熱段11001200攝氏度，

26、 加熱段11501250攝氏度，預(yù)熱段700850攝氏度，爐膛最高溫度1350度 燒嘴數(shù)量： 均熱段：共28個(gè)，加熱段34個(gè)燒嘴型號(hào)： BMT-3.34煤氣調(diào)焰燒嘴爐膛控制壓力： 020Pa空燃比： 1.24.5（隨熱值調(diào)整）控制系統(tǒng)具體方案設(shè)計(jì)加熱爐燃燒控制系統(tǒng)對加熱爐控制來說，占有很重要的地位。它對于坯料加熱溫度的均勻，溫度控制的準(zhǔn)確，合理的進(jìn)行燃燒，節(jié)約燃料，防止冒黑煙，減少有害氣體對環(huán)境的污染，都有重要的意義。傳統(tǒng)的加熱爐爐溫控制通常采用并行串級(jí)控制方法或雙交叉限幅控制燃燒方法。并行串級(jí)控制方法比較簡單、實(shí)用，而且負(fù)荷跟蹤速度較快，但是在動(dòng)態(tài)特性變化比較頻繁的生產(chǎn)過程只能中，不能保持空

27、氣、燃料的較好跟隨關(guān)系，難以實(shí)現(xiàn)最佳空燃配比。而雙交叉限幅控制方法則能保證最佳空燃配比的實(shí)現(xiàn)，但同時(shí)也導(dǎo)致了整體上負(fù)荷跟蹤速度的降低。爐溫控制采用具有快速補(bǔ)償響應(yīng)與抗積分飽和功能的雙交叉限幅燃燒控制方法.加熱爐各段爐溫控制采用PID控制，過程值來自于選定的熱電偶的測量值。2根熱電偶檢測的溫度偏差回路實(shí)時(shí)監(jiān)視偏差值，溫度偏差高時(shí)將報(bào)警提示操作工。爐溫控制器有自動(dòng)、手動(dòng)兩種控制方式。當(dāng)煤氣/空氣調(diào)節(jié)閥輸出達(dá)到60%以上而煤氣/空氣的流量過程值低于20%時(shí)，煤氣/空氣顯示故障并停段。在燃燒負(fù)荷發(fā)生急劇變化的情況下，由于空氣流動(dòng)管道與煤氣流動(dòng)管道特性間的差異，各閥門的響應(yīng)速度和系統(tǒng)的響應(yīng)速度不同，會(huì)帶

28、來缺氧燃燒現(xiàn)象和過氧燃燒現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，燃料系統(tǒng)所需的煤氣流量和空氣流量理論上同時(shí)上升，但由于空氣流量通常滯后，燃燒空氣過少，此時(shí)燃料不能得到充分燃燒，致使熱效率降低，同時(shí)造成煙囪冒黑煙，污染環(huán)境。相反負(fù)荷減少時(shí)，燃燒空氣過多，多余的空氣被加熱后隨廢氣一同帶走，造成熱效率降低，因此在燃燒控制中采用雙交叉限幅控制。其結(jié)構(gòu)是以出爐溫度為一個(gè)主控回路，煤氣流量和空氣流量構(gòu)成兩個(gè)并聯(lián)串級(jí)控制系統(tǒng)。其中，溫度控制器是主控制器，實(shí)現(xiàn)溫度的粗調(diào)，煤氣流量控制器和空氣流量控制器是平行的副控制器，完成精確控制。通過雙交叉限幅，副回路控制器會(huì)在主回路的輸出以與防止燃燒系統(tǒng)出現(xiàn)過氧和缺氧燃燒的上下限中選擇

29、一個(gè)合適的值給副回路控制器作為設(shè)定值，這樣，煤氣流量和空氣流量會(huì)嚴(yán)格地按照一個(gè)合理的比值交替地上升，使實(shí)際的空燃比保持在合理的圍之，從而克服了傳統(tǒng)的串級(jí)控制系統(tǒng)存在的不足。具有快速補(bǔ)償響應(yīng)功能的交叉限幅控制方法,雙交叉限幅燃燒控制的響應(yīng)速度受燃料流量控制和空氣流量控制,響應(yīng)速度的制約取決于其應(yīng)較慢一方,通常是空氣流量.控制的響應(yīng)速度在爐溫設(shè)定值動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)定的燃燒系統(tǒng)中,這一問題顯得尤為突出通常的解決方法,是當(dāng)爐溫設(shè)定值的變化率較大時(shí),取消雙交叉限幅功能代之以串級(jí)并行控制.本文采用的方法是在現(xiàn)有的雙交叉限幅燃燒控制的基礎(chǔ)上增加一快速響應(yīng)功能,以改善空氣流量控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度.這種控制方法主要思想是在正常狀態(tài)下采用雙交叉限幅燃燒控制方法,當(dāng)負(fù)荷大幅度升降其變化超過響應(yīng)速度,較快的燃料系統(tǒng)限制的能力時(shí),燃料系統(tǒng)限制環(huán)節(jié)的輸入輸出之差,經(jīng)動(dòng)特性補(bǔ)償方向性增益補(bǔ)償和補(bǔ)償量限制環(huán)節(jié)后,與空氣系統(tǒng)限制環(huán)節(jié)的輸出相加,此信號(hào)作為空氣流量控制系統(tǒng)的設(shè)定值.實(shí)行強(qiáng)制性前饋?zhàn)饔靡源藖砑涌炜諝庀到y(tǒng)的響應(yīng)速度,迅速解除對燃料系統(tǒng)的限制作用。 圖中A 為爐溫調(diào)節(jié)器的輸出,B和 D分別為根據(jù)空氣流量測量值求得的黑煙界限和空氣過剩界限，