基于PLC的鋼廠熱連軋感應加熱爐控制系統實現

彭建軍　謝麗君

摘要：隨著我國經濟和科技的飛速發展，環境問題和能源問題也越來越嚴峻，在這種背景下，人們提出了節能技術。鋼廠是能源消耗比較大的企業之一，人們對鋼廠中的節能技術，提出了更高的要求。大功率感應加熱爐技術在鋼廠的熱連札系統中，功率比較大的感應加熱爐被廣泛的應用，利用西門子生產的PLC，對感應加熱爐進行自動控制，以此來實現熱連札溫度的分布控制要求，達到鋼廠節能降耗的目的。

關鍵詞：PLC 鋼廠 熱連軋 感應加熱爐 控制系統

中圖分類號：TH868 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0007-01

在鋼廠熱連軋的生產線中，使用感應加熱爐來對鋼坯加熱，在很大程度上可以提高生產效率，并且還會減少對環境的污染以及節能降耗。因為在以往加熱過程中影響加熱效果的因素有很多，不能滿足實際需求。選擇PLC來作為控制器，再加上上位機組的監控軟件，就能使加熱爐安全、穩定的運行加熱，還能對加熱過程進行實時的監控。

1 熱連軋加熱爐控制系統硬件的設計研究

采樣輸入環節、PLC控制器、輸出執行三個部分組成了這個控制系統硬件。對鋼坯的溫度進行測量后輸入，對鋼坯移動的速度進行測量后輸入，對加熱爐的電流和電壓以及頻率進行測量后輸入，還有報警信息的輸入等一些輸入，構成了系統的采樣、輸入部分[1]。

對鋼坯的溫度進行測量時，可以安裝上三個測溫儀，Tmp1測溫儀是提前的測溫點，在距離入口比鋼坯長度稍微長一些的位置放置。這個測溫點是用來對鋼坯溫度的分布進行掃描的；Tmp2測溫儀要在距離入口500毫米左右的位置放置，這個測溫點是對鋼坯進入加熱爐時實際溫度進行記錄的；Tmp3測溫儀要在距離出口500毫米左右的位置放置，這個測溫點是對鋼坯出加熱爐時的溫度分布進行記錄的。通過對變頻器的頻率進行測量，來實現對鋼坯移動速度的測量，主要是計算軌道滾軸轉速，來計算出鋼坯的行進速度。通過一些變送器（電流、電壓以及頻率）來對電流、電壓和頻率進行測量，通過現場強電的減少，也就減少了對控制信號的影響，使控制系統可以穩定的運行。

一般情況下，控制系統的規模都較為精巧，選擇西門子PLCS7-200系列中的CPU226來作為控制器，再加上EM235一個和三個EM231。變量類型和分配主要分為：開關量輸人，主控八路保護信號，電源兩路狀態信號，外圍的設備四路保護信號，遠程一路急停信號，一路高速的計數器，一共是十六路；開關量的輸出，遠程繼電六路操作信號；模擬量的輸入，系統可選擇十六路，其中，十二路作為實用，四路作為備用（電壓、電流個兩路），在這當中，六路0-10伏電壓信號，六路4-20毫安電流信號；模擬量的輸出，模擬輸出一路，把信號傳送到主控板上，主要是對PLC的輸出電壓進行調節。

輸出的執行部分：一路模擬調壓的輸出信號以及六路遠程的繼電操作信號。繼電器閉合過程，就能夠使主控和動力電源啟動，模擬的輸出信號一路，來對輸出電壓進行控制調節。

2 熱連軋加熱爐控制系統軟件的設計

2.1 熱連軋加熱爐控制系統中的控制方式

對鋼坯入爐前的溫度分布進行實際測量，鋼坯溫度頭低尾高，還會受到氧化層的影響，所以，測試溫度存在跳變，通過濾波來處理采集后的溫度。鋼坯在爐內的加熱效果和其進人體積有關系。鋼坯行進過程分為三個階段，所以，把加熱過程分為：首先，鋼坯的頭部從進到出過程，爐內從無鋼坯到滿爐的連續狀態，空載逐漸變成滿載；然后，爐膛內充滿鋼坯的過程，整個過程是勻速且連續的，加熱爐滿；最后，鋼坯尾部從進到出，加熱爐內從滿爐坯到無剛的狀態，從滿載到空載。

2.2 控制方案

根據機理來建模和實驗數據的分析，可得到模型結構如圖1所示。

其中Tmp2是鋼坯人爐時的溫度分布，Tmp3是鋼坯出爐時的溫度分布，Spd是鋼坯的移動速度，Iout是輸出電流，Vout是輸出電壓，VGD是電壓的設定值，GI（S）是愉出電流的傳遞函數，Gc（S）是電壓控制器，Gd（S）是驅動特性函數，Go（S）是溫度特性函數，Ge（S）是優化電業的設定曲線。

2.3 輸出電壓控制器的實現

控制系統在實施的過程中，利用神經網絡來進行初步分析，可以得到Gd（S）和一個一階的對象模型比較相似，所以，用PID控制器來作為輸出電壓控制器。

2.4 實際運行的效果

在控制系統設計以及實驗后，經過現場的安裝和調試，在無錫華冶工業爐科技有限公司正式運行。經加熱爐加熱后，鋼坯的溫度都在1100攝氏度左右。通過實際運行發現，鋼坯入爐前溫度分布的越均勻，在其進入加熱爐后，整體的加熱效果就越好。

3 結語

經上述分析得出，在大功率熱連軋感應加熱爐的控制系統中，選擇PLC為其核心控制器，能夠對連軋鋼坯升溫過程進行有效掌控，同時，通過現場的應用可以證明，這種技術的應用，可以使系統節能降耗。

參考文獻

[1]陳張平，史興盛，孔亞廣，等.基于PLC的鋼廠熱連軋感應加熱爐控制系統實現[J].化工自動化及儀表，2012，39（11）：1479-1481，1499.