棒材廠加熱爐控制系統(tǒng)的應(yīng)用

康　兵

[摘要]介紹加熱爐控制系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成、通訊方式及功能描述等，具體闡述加熱爐三段換向閥的控制過程。運(yùn)行過程中該套系統(tǒng)穩(wěn)定、通訊快速，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]PLC 換向閥 通訊 加熱爐

中圖分類號(hào)：TK1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2009）0720107－01

棒材廠加熱爐為推鋼式加熱爐，采用蓄熱室燃燒技術(shù)，三段加熱制度，分別為均熱段Z01、加熱段Z02、預(yù)熱段Z03。各段采用側(cè)向空氣單蓄熱燒嘴供熱。除了上述3個(gè)供熱段外，還設(shè)有一個(gè)預(yù)熱段，以充分吸收常規(guī)燃燒從爐尾排放的煙氣余熱，節(jié)約能源。高、焦、轉(zhuǎn)爐混合煤氣為燃料，空氣為助燃?xì)怏w。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，加熱爐的加熱溫度應(yīng)該在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，不應(yīng)產(chǎn)生過熱或過燒，使燒損率被控制在最低限度；坯料的加熱溫度從整個(gè)斷面看要均勻一致；鋼坯在加熱過程中可能的氧化燒損應(yīng)最小。全爐共設(shè)有56個(gè)燒嘴，分成15組，15組分三段控制，預(yù)熱段5組、加熱段4組、均熱段6組。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

加熱爐控制系統(tǒng)主要由操作站（計(jì)算機(jī)監(jiān)控單元）和控制站組成，操作站采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，用Siemens組態(tài)軟件WinCC V6.0，完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，監(jiān)控，歷史記錄的存取，報(bào)警記錄及參數(shù)設(shè)定?？刂普静捎肧iemens PLC構(gòu)成一個(gè)主站和四個(gè)從站，用Step7編程軟件，主站和從站之間均采用Profibus-DP現(xiàn)場總線連接，其最高傳輸速度可達(dá)115Mbps。操作站和控制站之間采用TCP/IP以太網(wǎng)連接，完全滿足對數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。系統(tǒng)組成如圖1所示。

（一）操作站。采用兩臺(tái)西門子工控機(jī)，19寸液晶顯示器，對采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、監(jiān)控，使操作員能隨時(shí)了解加熱爐各部位的參數(shù)。對主要數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)達(dá)一年之久，可快速有效地查詢。除此之外，操作站還完成參數(shù)的設(shè)定(包括控制參數(shù)、報(bào)警參數(shù)及調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)定)、實(shí)時(shí)趨勢、歷史趨勢管理、報(bào)警管理功能。工藝參數(shù)監(jiān)控畫面如圖2所示。

（二）控制站?？刂普居蒔LC主站和四個(gè)PLC從站構(gòu)成，完成對加熱爐燃燒的基本控制?？紤]到系統(tǒng)模擬量處理、PID及復(fù)雜控制回路較多、為節(jié)約成本，滿足正常生產(chǎn)需要提高系統(tǒng)的響應(yīng)性能等因素，PLC系統(tǒng)采用西門子公司S7-300系列，遠(yuǎn)程I/O采用ET200，由CPU、存儲(chǔ)單元、電源模板、通訊模板、輸入/輸出模板、中間繼電器等組成，主站與從站采用Profibus-DP網(wǎng)。

PLC控制系統(tǒng)根據(jù)工藝需要完成調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定、換向閥邏輯控制、監(jiān)測和報(bào)警、與操作站進(jìn)行通訊等控制功能。

采用此種方式的自動(dòng)化系統(tǒng)的好處可以歸納如下：1．充分發(fā)揮CPU技術(shù)性能，從根本上簡化自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備投資。2．安裝、調(diào)試、標(biāo)定規(guī)范化。3．系統(tǒng)擴(kuò)展性能好，可輕松配置和擴(kuò)充。4．?dāng)?shù)據(jù)通訊速率高、數(shù)據(jù)可靠，可與其它網(wǎng)絡(luò)上的程序控制器透明地收發(fā)信息。5．充分采用現(xiàn)代HMI技術(shù)，省卻大量操作按鈕、指示燈和顯示儀表，從而提高自動(dòng)化生產(chǎn)的操作和管理水平，使操作更加人性化和簡約化。

二、控制方案

PLC主要完成對56個(gè)換向閥和30個(gè)煤氣換向閥的自動(dòng)控制，換向閥的控制工藝流程如圖2所示。均熱段、加熱段、預(yù)熱段都有定時(shí)換向、半熱負(fù)荷、保溫三種模式，三段各自獨(dú)立，互不影響，由操作人員進(jìn)行選擇。在每組燒嘴處于自動(dòng)方式下：

同一側(cè)的上下兩個(gè)蓄熱室成對同步工作，并與爐子對側(cè)的兩個(gè)蓄熱室成組工作，即：一側(cè)送空氣（同步送煤氣），另一側(cè)抽煙氣（同步關(guān)閉煤氣）。

送空氣換向閥的動(dòng)作順序：關(guān)閉排煙閥，關(guān)到位的同時(shí)開啟空氣閥，開到位2秒鐘時(shí)開啟配套的煤氣快切閥，完成燒嘴開啟動(dòng)作。

抽煙氣換向閥的動(dòng)作順序：關(guān)閉煤氣快切閥，關(guān)到位后1秒關(guān)閉空氣閥，關(guān)到位的同時(shí)開啟煙氣閥，完成燒嘴關(guān)閉動(dòng)作，蓄熱室開始蓄熱。

1．定時(shí)換向，停止工作的燒嘴組在換向周期內(nèi)按啟動(dòng)間隔時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)，但每組的換向周期保持相同。

2．半熱負(fù)荷模式，當(dāng)某段煤氣流量大于正常值的40%小于50%時(shí)，輪流停需要換向的3組；當(dāng)該段煤氣流量大于正常值的50%小于60%時(shí)，輪流停需要換向的2組；當(dāng)該段煤氣流量大于正常值的60%小于70%時(shí)，輪流停需要換向的1組。間隔所設(shè)定的停止換向時(shí)間后啟動(dòng)停止的一組，停止需要換向的另一組。保持每段都有燒嘴工作，段內(nèi)的燒嘴在一個(gè)周期內(nèi)開啟的個(gè)數(shù)少于配備的燒嘴數(shù)。

3．保溫模式，三段工作方式不同。均熱段第一組保持正常換向，后面五組輪流開兩組，間隔所設(shè)定的停止換向時(shí)間后啟動(dòng)停止的一組，停止需要換向的一組。加熱段工作方式同均熱段除第一組外的后面五組，預(yù)熱段在保溫模式下全部停止換向，在需要換向的時(shí)候停下來。

4．對重要參數(shù)進(jìn)行報(bào)警和連鎖來保證加熱爐的安全運(yùn)行。

加熱爐的爐溫控制共3點(diǎn)，由均熱段、加熱段、預(yù)熱段的各支管空氣調(diào)節(jié)閥和煤氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。爐壓控制1點(diǎn)，爐膛壓力為微正壓，要求控制在±50Pa以內(nèi)，通過設(shè)在預(yù)熱器后煙上的煙道閘板進(jìn)行調(diào)節(jié)。

將加熱爐預(yù)熱器后煤氣總管流量累積值，作為煤氣消耗量的參考，同時(shí)設(shè)置操作權(quán)限，由技術(shù)人員輸入密碼對該累積值清零。

三、抗干擾措施

為使系統(tǒng)可靠運(yùn)行，采取了如下抗干擾措施：1．線路施工中，盡量避免信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜平行敷設(shè)；當(dāng)無法避免時(shí)，信號(hào)電纜用穿管敷設(shè)，然后鋼管接地；信號(hào)電纜以最短距離敷設(shè)；2．儀表部分接地選用銅牌

單獨(dú)接地；3．PLC及儀表電源由隔離變壓器單獨(dú)供電；4．所有模擬信號(hào)增加隔離措施。

四、結(jié)束語

本系統(tǒng)界面友好，操作方便，控制可靠，精度高。采用WinCC組態(tài)軟件，其功能強(qiáng)大，易于擴(kuò)展。投運(yùn)以來，一直穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，在實(shí)際生產(chǎn)中取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，能夠滿足各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，滿足控制精度要求，減輕了操作人員和維護(hù)人員的工作量。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡喬方，加熱爐，北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

[2]汪曉光，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.