硅鋼保溫爐儀表控制系統(tǒng)

高瓊

摘要：由于硅鋼的特殊的熱傳導(dǎo)性能，需要硅鋼保溫爐以實現(xiàn)板坯在大于150℃和大于200℃時裝入加熱爐。文章介紹了寶鋼1580熱軋增建的兩座硅鋼保溫爐的控制系統(tǒng)，它是基于兩套中小型的DCS集散控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制的，對提高燃氣利用率，降低能耗起到了明顯的效果。

關(guān)鍵詞：硅鋼保溫爐；壓力自動調(diào)節(jié)；數(shù)據(jù)采集；OP輸出值；儀表控制系統(tǒng)

中圖分類號：TG232文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）04-0059-02

由于硅鋼的特殊的熱傳導(dǎo)性能，需要硅鋼保溫爐以實現(xiàn)板坯在大于150℃和大于200℃時裝入加熱爐。寶鋼1580熱軋增建兩座保溫爐，均采用帶燃燒供熱的坑式爐。每座保溫爐有兩個裝料室，中間用隔墻分開。每個裝料室配備4個燒嘴，每個燒嘴均配備火焰監(jiān)視裝置。

保溫爐燃燒采用焦?fàn)t煤氣，焦?fàn)t煤氣總管（DN150）采用壓力自動調(diào)節(jié)以保證煤氣壓力的穩(wěn)定。助燃用空氣由鼓風(fēng)機供給。燃燒用焦?fàn)t煤氣和助燃用空氣采用空燃比自動調(diào)節(jié)以保證保溫爐爐溫的穩(wěn)定以及達到最佳的燃燒效果。

每座保溫爐爐溫的爐罩均由高罩和低罩組成，高罩和低罩的移動采用順序控制，在DCS中完成。

一、系統(tǒng)的組成

保溫爐以爐溫作為控制目標熱工參數(shù)，每座保溫爐均有兩個K型（200℃～900℃）的熱電偶實現(xiàn)爐溫檢測，其檢測信號送至新增的一套HONEYWELL的Plant Scape控制系統(tǒng)內(nèi)的溫度變送器，信號轉(zhuǎn)換后進入Plant Scape R310集散系統(tǒng)內(nèi)，它是由Plant Scape DCS監(jiān)控與C200回路邏輯控制器組成。現(xiàn)場控制級的Plant Scape復(fù)合控制器從相應(yīng)的I/O模塊中進行數(shù)據(jù)采集，并通過其控制模塊來實現(xiàn)控制功能。針對實際生產(chǎn)過程開發(fā)的DCS系統(tǒng)應(yīng)用軟件對相關(guān)信息采集后，按照設(shè)定及一定的組態(tài)對溫度進行自動控制，并且來調(diào)節(jié)閥門OP輸出值，又通過I/O模塊送至現(xiàn)場的煤氣調(diào)節(jié)閥（FCV-1101）使煤氣調(diào)節(jié)閥得以自動控制。而在同時，煤氣流量的檢測信號送至控制系統(tǒng)內(nèi)后按照預(yù)先設(shè)定的空燃比系數(shù)，在控制器內(nèi)對空氣調(diào)節(jié)閥進行控制的OP輸出值，從而使空氣調(diào)節(jié)閥（FCV-1201）也得以自動控制。

二、硅鋼保溫爐系統(tǒng)的過程控制功能

在此控制系統(tǒng)內(nèi)，是以爐溫作為控制目標的熱工參數(shù)的，有以下幾點過程控制，儀表檢測及聯(lián)鎖。

保溫爐爐溫檢測，記錄（每座爐2點）；

保溫爐燒嘴火焰檢測，報警（每座爐8點）；

焦?fàn)t煤氣總管壓力檢測，報警；

焦?fàn)t煤氣總管壓力自動調(diào)節(jié)；

鼓風(fēng)機出口壓力檢測，報警；

保溫爐進口焦?fàn)t煤氣總管流量檢測；

保溫爐進口焦?fàn)t煤氣總管壓力檢測、報警；

保溫爐進口助燃空氣總管流量檢測；

保溫爐進口助燃空氣總管壓力檢測、報警；

保溫爐爐溫自動控制系統(tǒng)；

儀表用壓縮空氣壓力檢測、報警；

保溫爐焦?fàn)t煤氣總管快速切斷閥連鎖控制系統(tǒng)。

三、控制系統(tǒng)組態(tài)框圖及功能說明

（一）保溫爐爐溫自動控制

保溫爐爐溫自動控制，采用空氣，煤氣自動配比調(diào)節(jié)，達到爐溫穩(wěn)定的目的，并使燃燒達到最佳效果。

注：保溫爐空氣調(diào)節(jié)閥控制，即根據(jù)煤氣量，參照配比調(diào)節(jié)空氣使空氣、煤氣保持預(yù)定的比例。

I——顯示I/R——顯示，記錄

I/R/A——顯示，記錄，報警

圖 1控制系統(tǒng)組態(tài)框圖

此系統(tǒng)由兩個調(diào)節(jié)回路組成串級回路。主回路為煤氣流量調(diào)節(jié)，爐溫作為調(diào)節(jié)器的過程變量（PV），工藝所確定的目標爐溫為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值（SP）隨爐溫的變化不斷地調(diào)節(jié)煤氣流量，從而使?fàn)t溫達到或接近設(shè)定值。副回路為助燃空氣流量調(diào)節(jié)，空氣流量作為調(diào)節(jié)器的過程變量（PV），煤氣流量×系數(shù)（比例為：空/煤=5～8/1）作為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值（SP）隨著煤氣流量的變化，空氣流量也隨著按比例改變。

（二）煤氣總管壓力調(diào)節(jié)

隨著煤氣壓力的變化， PID不斷調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度，使煤氣總管壓力穩(wěn)定，這種壓力穩(wěn)定是按設(shè)定值定義的。

（三）保溫爐煤氣快速切斷閥控制

保溫爐進口煤氣快速切斷閥控制為安全連鎖控制。在出現(xiàn)事故情況下，當(dāng)空氣、煤氣或儀表用壓縮空氣壓力低于各設(shè)定值或鼓風(fēng)機出現(xiàn)異常斷點時，快速切斷閥快速切斷煤氣，以避免煤氣、空氣在管道中混合而產(chǎn)生爆炸的可能性，確保安全。

（四）保溫爐火焰監(jiān)視

保溫爐每個燒嘴均配備火焰檢測裝置，在DCS中進行監(jiān)視。當(dāng)出現(xiàn)火焰燃燒異常時，能及時處理。

四、計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)

以上檢測內(nèi)容，除保溫爐每個燒嘴前的空氣，煤氣管道壓力檢測就地顯示外，其余檢測信號和控制功能均由設(shè)置在板坯庫管理室內(nèi)的本工程新增的一套HONEYWELL的Plant Scape控制系統(tǒng)來完成，同操作臺共同組成一個中小型集散系統(tǒng)。

Plant Scape R310集散控制系統(tǒng)由Plant Scape DCS監(jiān)控與C200回路邏輯控制器構(gòu)成。系統(tǒng)軟件除了具備編程、組態(tài)、系統(tǒng)生成外，還具備了操作站的所有操作及顯示功能。現(xiàn)場控制級的Plant Scape復(fù)合控制器由控制模塊、電源模塊及相應(yīng)的I/O模塊組成，具備數(shù)據(jù)采集、控制功能。

針對實際生產(chǎn)過程開發(fā)的DCS系統(tǒng)應(yīng)用軟件主要由控制組態(tài)軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件兩大部分組成，其中控制組態(tài)軟件主要包括Quick Build、Control Build和Station，監(jiān)控組態(tài)軟件包括工藝流程圖、控制回路圖、順序控制圖、歷史趨勢圖、報警系統(tǒng)圖和參數(shù)報表等。

在系統(tǒng)中一組相關(guān)信息的集合是通過操作系統(tǒng)中的操作站對點的概念的使用來完成的。點的類型一般有數(shù)字點和模擬點。數(shù)字點用于對開關(guān)量的監(jiān)控，如閥門開關(guān)，而模擬點用于對連續(xù)量的監(jiān)控，如溫度。

點的參數(shù)。點一般擁有多個參數(shù)，這些參數(shù)用于描述點的各個屬性，如在前面的組態(tài)框圖中所述的當(dāng)前測量值、報警設(shè)置、控制輸出等，如下所述：

PV—當(dāng)前測量值，如當(dāng)前溫度；

SP—點的設(shè)定值，如聯(lián)鎖設(shè)定或壓力控制的壓力設(shè)定；

OP—點的控制輸出，如閥門開關(guān)設(shè)定或壓力控制回路的閥門輸出設(shè)定；

MD—點的操作模式，即手動或自動等模式。

如對壓力控制回路可設(shè)定為自動模式，這時壓力將按SP的設(shè)定值進行自動控制并調(diào)節(jié)閥門OP輸出值，在前面所述的以爐溫的變化控制煤氣量的組態(tài)框圖中，即以600℃作為SP的設(shè)置值進行自動控制來調(diào)節(jié)閥門OP輸出值，使煤氣調(diào)節(jié)閥門的輸出設(shè)定值得以

控制。

當(dāng)設(shè)定為手動模式時，閥門開度將由OP的輸出值設(shè)定，同時SP將跟蹤PV值，SP此時不可由人工設(shè)定。當(dāng)再切換為自動模式時，OP值從手動模式時的輸出值開始變化，由SP重新設(shè)定回路控制設(shè)定。

回路中的數(shù)字點只有兩種狀態(tài)即0或1的狀態(tài)，而模擬點則復(fù)雜一些，自動模式中，根據(jù)工藝要求只需設(shè)定SP，之后回路會按SP值及PV值自動調(diào)節(jié)OP輸出作用至控制對象，使PV接近SP值，當(dāng)PV發(fā)生波動后，回路又會自動調(diào)整OP直至再次穩(wěn)定。

當(dāng)切換為手動模式時，為實現(xiàn)無擾動切換（即手動輸出完畢再切換回自動時，OP不產(chǎn)生大的波動），此時SP將保持和PV相同的值。所以當(dāng)從手動切換為自動時，應(yīng)重新把SP按工藝要求再設(shè)定一次。

五、結(jié)語

從這套中小型的DCS集散控制系統(tǒng)中，我們看出不僅使原有的手動執(zhí)行器PID調(diào)節(jié)已不能迅速有效地實現(xiàn)工藝要求所設(shè)定值，而且固有的組態(tài)使它能夠跳出傳統(tǒng)的PLC復(fù)雜程序設(shè)計而自動地作到PID調(diào)節(jié)。基于此保溫爐控制過程的DCS系統(tǒng)試投運后，系統(tǒng)實現(xiàn)了爐溫控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控。運行結(jié)果表明：系統(tǒng)技術(shù)性能優(yōu)良，運行安全穩(wěn)定可靠，操作直觀方便，控制效果良好。對提高燃氣利用率、降低能耗具有明顯效果。

參考文獻

[1]廖曉鐘．自動控制系統(tǒng)[M]．北京理工大學(xué)出版社，1987.

[2]劉翠玲．集散控制系統(tǒng)[M]．中國林業(yè)出版社，2006.

[3]霍尼韋爾中國有限公司．Plant Scape DCS系統(tǒng)手冊，2001.

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）