軋鋼廠雙蓄熱式加熱爐自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化

摘 要：對于冶金單位來講，加熱爐是其常用的耗能裝置，對于如今的軋鋼加熱爐功效低和自動化能力差的問題，相關(guān)人員積極的探索研究了用于雙蓄熱式加熱爐的計算機控制系統(tǒng)。這個體系在換向管控中使用以狀態(tài)轉(zhuǎn)移為前提的調(diào)度方法，減弱了問題分析時的繁瑣性，提升了體系的穩(wěn)定性，在燃燒控制中采用了基于生產(chǎn)率模型的自動調(diào)溫控制及空燃比自尋優(yōu)策略，實現(xiàn)了燃燒優(yōu)化控制，從而有效提高了生產(chǎn)效率。實際運行表明，系統(tǒng)運行可靠、高效，具有推廣價值。

關(guān)鍵詞：雙蓄熱式加熱爐；換向控制；燃燒控制

1 引言

對于冶金單位來講，加熱爐是其常用的耗能裝置，其在總的耗能中占據(jù)大約十分之七的比例，如今的軋鋼加熱爐的功效不高，通過分析得知，步進式的設(shè)備的功效僅僅在十分之三左右。我們國家共有七百多臺加熱爐，然而只有不到十分之三使用了電腦控制，就算是我們國家的十大鋼鐵單位中還是存在人工活動的場景，而且大多還是常規(guī)管控體系。如今，我們國家的很多單位的該體系都是從國外引入的，其在技術(shù)上受到牽制，維護資金多。同時，因為對機械的吸收和創(chuàng)新性不高，體系的能力還是無法有效的展示出，設(shè)備的電腦控制性不是很好。怎樣提升其控制能力，提升熱效率，是當前非常受關(guān)注的一項內(nèi)容。

蓄熱式燃燒技術(shù)是國外20世紀80年代開發(fā)成功的新型燃燒技術(shù)，其優(yōu)點是節(jié)能環(huán)保，而且噪音不嚴重。我們國家的技術(shù)工作者在進行了非常久的探索之后，已經(jīng)了解了相關(guān)的科技，很多的鋼鐵單位已經(jīng)開始重視這個科技的發(fā)展情況，而且把它列入發(fā)展規(guī)劃里。

2 系統(tǒng)配置

2.1 上位機采用2臺研華工控機，WinCC5.1作為上位機監(jiān)控軟件。

2.2 下位機采用德國西門子公司的PLC產(chǎn)品，編程工具為STEP7V5.2。整個下位機由兩部分組成，一部分是加熱爐爐體的主體控制，由$7-400完成；另一部分是相關(guān)的外圍電氣控制，由s7-300完成。$7-400采集數(shù)據(jù)主要有：溫度、壓力、流量、CO濃度、電動閥閥位等，S7.300采集參數(shù)為各個電氣設(shè)備的運行狀態(tài)，如開、關(guān)、故障等信號。

3 系統(tǒng)控制策略及實現(xiàn)

雙蓄熱式加熱爐控制系統(tǒng)主要包括：燒嘴換向控制、爐膛溫度控制、壓力與排煙控制、汽包液位控制、上料推鋼出鋼控制等子系統(tǒng)。

3.1 燒嘴換向控制

過去的換向通常是使用集中模式或是分段模式，這個方法的不利點有如下的一些：

第一，單一的燒嘴出現(xiàn)問題的話會干擾到總的運作。第二，在換向之后會導(dǎo)致煤氣以及空氣流量的大規(guī)模變化。該體系為了處理面對的不利點，所有的燒嘴都使用單獨的換向裝置，所有的燃燒設(shè)備間有較高的獨立性。站在控制層次上來看，該項控制要有兩大層次：一個燒嘴單獨的開展轉(zhuǎn)向以及總體燒嘴轉(zhuǎn)向的調(diào)度工作。這時候，不但有單一燒嘴的快切閥邏輯動作之類的嚴謹?shù)臅r序聯(lián)系，同時還具有調(diào)度時期的人工干預(yù)要素，眾多的要素組合到一起就得到了一個十分綜合化的體系。由于考慮到其運作本身是在不同的狀態(tài)中開展的，這時候就獲取了一個將狀態(tài)轉(zhuǎn)換當成是背景的調(diào)度措施，其減弱了問題探索的繁瑣性。實際的措施是，先把燒嘴結(jié)合具體的運作模式分成如下的三類情況：燃燒狀態(tài)、排煙狀態(tài)、轉(zhuǎn)狀態(tài)。然后，結(jié)合不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)換特征，運行不同的處理方法。針對之前的兩類來講，是通過布置好的周期決定的，具體的說是將固定的時間當成是處理方法。對于后一種是由一些隨機問題或是人為活動導(dǎo)致的，使用以事件響應(yīng)為前提的處理措施。同時，狀態(tài)的運行使用令牌環(huán)的措施，如果令牌到達一個燒嘴的時候，它進行一次轉(zhuǎn)換。具體的傳遞路線是由工藝來控制的。

3.2 掌控好爐膛的氣溫

該項控制活動是設(shè)備的關(guān)鍵控制活動之一，氣溫的高低會對剛胚的品質(zhì)有一定的干擾。目前普遍使用的措施是通過爐溫來分段管控，它的設(shè)定數(shù)值是由工作者結(jié)合活動步驟來設(shè)置，它的不利點有如下的一些：

第一，控制活動不及時，因為軋制活動的變動會使得爐溫出現(xiàn)非常顯著的變動性。第二，爐溫的設(shè)置并不是最合理的。因為各個區(qū)域的溫度通常是以經(jīng)驗來設(shè)置的，所以在不一樣的生產(chǎn)模式下，無法確保所有區(qū)域的溫度是最為合理的，同時為了確保軋制活動有序開展，在人工設(shè)置數(shù)值的時候會留有一些余數(shù)，其不但導(dǎo)致資源得不到合理的使用，同時還會影響到材料的品質(zhì)。

該體系使用了以生產(chǎn)率模型為前提的控制措施。經(jīng)由模型分析出在特定背景中的爐膛所需的氣溫，而且自行的將該氣溫當成是設(shè)定數(shù)值，進而確保溫度可以自行的優(yōu)化。

本系統(tǒng)根據(jù)燃燒曲線，將空燃比按負荷的大小分為5段，根據(jù)實際測得的空氣過剩系數(shù)，找出對應(yīng)的最佳空燃比，從而實現(xiàn)最優(yōu)燃燒。

3.3 爐膛壓力與排煙溫度控制

如果爐膛的壓力太高的話，火焰朝外竄出，影響到安全。假如其壓力太小，外在的氣體進到其中，導(dǎo)致鋼材的表層氧化，資源得不到有序的使用。

一般來講，爐膛要確保有一定的微正壓。過去的控制活動是經(jīng)由變化爐膛的擋板自身的開度來實現(xiàn)的，不過對于雙蓄模式的設(shè)備來講，為了防止能量得不到合理的使用，在工藝中不使用上述的擋板，僅僅的通過掌控?zé)斓呐艧煹亩嗌賮碚瓶卦搲毫ΑＨ绻麎毫υ黾拥姆浅８叩脑挘敲磁艧熆倲?shù)就增加了。相反的，就要降低排煙的總數(shù)。

對于雙蓄熱的設(shè)備來講，煙氣本身具有調(diào)節(jié)壓力的功效，同時煙霧還能夠平衡蓄熱水平，假如排煙的氣溫太低的話，就表示著蓄熱的功效不是很好，無法實現(xiàn)節(jié)能的意義。假如排煙的氣溫太高的話，就會影響到那些不能耐熱的零件，所以要合理的掌控排煙的氣溫。

3.4 汽包液位控制

由于加熱爐爐膛內(nèi)長期保持高溫狀態(tài)，為防止爐膛內(nèi)的支撐機構(gòu)被燒壞，設(shè)置汽包冷卻水循環(huán)對其降溫，為保證管內(nèi)水壓力，汽包液位要求控制在一定水位。由于冷卻系統(tǒng)在加熱爐占用重要地位，采用壓差式和電觸點式兩種水位檢測方式。壓差式靈敏度高，與電動閥及手操器構(gòu)成PID調(diào)節(jié)回路，電觸點式精度差，但性能可靠，用作備用。

3.5 上料推鋼出鋼控制

上料系統(tǒng)、推鋼系統(tǒng)和出鋼系統(tǒng)是加熱爐鋼坯運輸?shù)闹饕h(huán)節(jié)。該系統(tǒng)為典型的液壓驅(qū)動系故障，備用泵可自動投入。在上料臺和推鋼設(shè)備以及出鋼設(shè)備之間都設(shè)置了一個活動臺，這些活動臺經(jīng)由鈴音和信號燈來互通，而且在步驟中可以落實如下的閉鎖活動。

第一，推鋼設(shè)備活動完成之后，此時上料設(shè)備許可進行上料。在上料設(shè)備運行的時候，推鋼設(shè)備無法運行。第二，如果出鋼設(shè)備活動的時候推鋼機停止。當出鋼機回位之后要釋放信號。第三，推鋼設(shè)備活動的時候出鋼設(shè)備不能動作。

4 上位機實現(xiàn)

上位機采用WinCC作為軟件平臺開發(fā)了上位機監(jiān)控界面，主要完成溫度、壓力、流量、液位等運行參數(shù)的監(jiān)視，故障報警、報表打印，電氣遠程啟停，參數(shù)設(shè)置，趨勢分析等，其主要界面包括：系統(tǒng)總貌畫面；報警總貌畫面；參數(shù)設(shè)定畫面；分段顯示畫面；控制回路畫面；蓄熱式燃燒狀態(tài)畫面；換向閥動作畫面；換向溫度、時間參數(shù)設(shè)定畫面；蓄熱燃燒系統(tǒng)報警畫面；時勢趨勢畫面；歷史記錄畫面；汽化冷卻工作狀態(tài)畫面等，整個系統(tǒng)界面友好、直觀，操縱方便。

5 結(jié)束語

在具體的運作中，我們得知，爐膛的氣溫能夠掌控在十五攝氏度之內(nèi)，而且能夠?qū)毫φ瓶卦?5-20Pa間，非常的符合相關(guān)的技術(shù)要求。該體系自使用以來，獲取了非常顯著的成就。

參考文獻

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