喀鋼雙蓄熱推鋼式加熱爐自適應控制系統(tǒng)的研究與應用

摘 要：本項目為山鋼集團新疆喀什鋼鐵業(yè)結構調整產業(yè)升級項目軋鋼工程年產100 萬噸棒材生產線所配置的一座額定產量為冷裝150t/h 的燃高爐煤氣空煤氣雙蓄熱推鋼式加熱爐。采用爐膛微正壓控制；采用二次優(yōu)化、前饋控制等進行自適應自動燃燒控制；通過溫度自整定控制、故障自切除控制、時間錯時控制等進行分段、自優(yōu)化換向控制；采用爐內自動鋼坯定位、鋼坯跟蹤、步距自修正等技術實現(xiàn)進出鋼系統(tǒng)的自動控制；通過不斷滾動優(yōu)化，實現(xiàn)整個加熱爐控制系統(tǒng)功能實時最佳。

關鍵詞：雙蓄熱； 加熱爐； 控制系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.036

1 喀鋼雙蓄熱推鋼式加熱爐自適應控制系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)硬件配置

喀鋼雙蓄熱推鋼式加熱爐自適應控制系統(tǒng)設置有氣化冷卻、儀控、電控等硬件結構，各硬件設備依靠工業(yè)網絡實現(xiàn)信息互通。傳統(tǒng)設備同各大硬件的信息交互由傳統(tǒng)變頻器、P網絡實現(xiàn)。圖1為自適系統(tǒng)網絡結構圖。

1.2 軟件配置

喀鋼雙蓄熱推鋼式加熱爐自適應控制系統(tǒng)要求儀控與電控系統(tǒng)之間、電控與傳動系統(tǒng)之間必須實現(xiàn)信息的高速傳送，以實現(xiàn)重要數(shù)據(jù)信息的實時共享和設備的準確控制，同時儀控系統(tǒng)大量的數(shù)據(jù)運算和電控系統(tǒng)復雜的邏輯控制也要求系統(tǒng)的邏輯處理能力和數(shù)據(jù)運算能力必須強大，因此在控制系統(tǒng)的選型上采用西門子公司的高性能S7-400 PLC作為主控制器，采用PROFIBUS電纜掛接ET200M遠程站實現(xiàn)對現(xiàn)場I/O信號的采集，采用西門子公司WINCC6.2監(jiān)控軟件作為監(jiān)控站軟件開發(fā)平臺。以工業(yè)以太網作為控制系統(tǒng)的主網絡。

2 關鍵技術

2.1 帶動態(tài)響應的雙交叉限幅控制

串級比值調節(jié)法頻繁應用于燃燒控制系統(tǒng)，該操作方式并不設定空氣流量，而是從溫度調調節(jié)器輸出獲得。在調節(jié)控制煤氣流量時，以空氣流量同空燃比的比值作為給定數(shù)據(jù)。穩(wěn)定條件下，空氣實際流量改變也將引起煤氣量變動，且空燃比是固定的；動態(tài)環(huán)境下，空氣量的變動會引起不固定空燃比煤氣量的變動?？梢?，常規(guī)系統(tǒng)還有不足。

設計交叉限幅控制，提供系統(tǒng)水平：若降溫，煤氣第一；若升溫，空氣第一。交叉限幅法對各種狀態(tài)下的空氣量、煤氣量比值有很大的控制力度，空燃比較佳。另外，排除了缺氧燃燒、過氧燃燒的情況，對空氣環(huán)境的保護力度得到了提高。觀察圖4發(fā)現(xiàn)，無論是降溫條件下的煤氣先行，還是升溫狀態(tài)下的空氣先行，都可以依靠高低選擇器實現(xiàn)自動化的調節(jié)，且反饋速度非常準確。

2.2 爐壓前饋控制

反饋控制法在爐壓控制操作中應用得較為頻繁?？刂葡到y(tǒng)并不能自動檢測，而是需要在爐壓出現(xiàn)波動時進行檢測，并控制。可見控制措施不及時。若引入爐壓前饋控制，則能提高控制實踐，穩(wěn)定爐壓。在前饋爐壓計算中，引入了新的參數(shù)-空氣流量，避免了爐壓控制滯后情形。

在原來，爐壓的波動可能引起冒火、吸冷風的出現(xiàn)，并增加爐膛壓力值。引入爐壓前饋控制法，對上述兩種缺陷都可以顯著克服，并實現(xiàn)煤氣節(jié)約、氧化燒損頻率降低的目的。這對生產安全具有顯著意義。

2.3 程序升溫控制

烘爐操作中，爐膛內的溫度上升速度較慢。同時，傳統(tǒng)溫控措施反應速度慢，各項參數(shù)控制部穩(wěn)定。為實現(xiàn)持續(xù)性控制，確保爐溫的穩(wěn)定，在本次設計中，引入了程序升溫元件。系統(tǒng)程序能夠對各加熱程序自動設定，如，預熱、加熱時間，溫度提升比值等。若設定為“加熱模式”，則其它模式也會自行開展控制操作，程序升溫可以有效的進行溫度控制。

2.4 鋼坯推動技術

本項目采用的推鋼式加熱爐，鋼坯的入爐和出爐都是基于它來實現(xiàn)的。推鋼機在接收要鋼信號之后，會通過爐前上料輥道將6根1組的鋼坯運送至爐前滑軌，之后，再同爐內鋼坯的尾部保持連接，進而完成相關的料位操作。在完成第1此出鋼后，要鋼信號會持續(xù)發(fā)送，此時，推鋼機會保留“1根料位的距離”為接下來的推鋼做好準備。本次推鋼次數(shù)為6次一個程序，操作具有重復性。完成一個程序后，推鋼機會復位，再次接收信號推鋼。

3 結束語

加熱爐作為喀鋼軋線生產線的源頭，對整個生產線產能的提升起著至關重要的作用。為了保證加熱爐投產運行的穩(wěn)定可靠，最終達到提升生產線產能的目的，采用高性能的控制設備以及開發(fā)功能強大、完備的控制軟件有著極為重要的意義。加熱爐的設備實現(xiàn)自動控制，對生產工藝和參數(shù)實現(xiàn)自動監(jiān)控和調整，對生產的全過程進行跟蹤都具有十分積極的意義。

參考文獻：

[1]鄭文波.控制網絡技術的發(fā)展[J].工業(yè)控制計算機，1999，12（05）：1-4.

[2]譚威.基于PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學，2007：25-27.

作者簡介：孫英姿（1983-），女，山東萊陽人，本科，工程師。