淺談全氫燃氣罩式退火爐的溫度控制

【摘要】全氫燃氣罩式退火爐是冷軋帶鋼退火的一種主要設備，它對提高產(chǎn)品質(zhì)量起著十分重要的作用。由于其使用易爆的氫氣作為保護氣，因此對控制系統(tǒng)的要求是安全、可靠。自控系統(tǒng)是退火工藝的核心，而自控系統(tǒng)主要是靠壓力和溫度控制，下面就談談唐山建龍冷軋廠全氫燃氣罩式退火爐是如何進行溫度控制的。

【關(guān)鍵詞】全氫燃氣罩式退火爐；工藝過程；自動控制；溫度控制

1.總述

1.1簡介

唐山建龍冷軋廠的全氫燃氣罩式退火爐生產(chǎn)線籌建于2007年12月，2008年5月36個爐臺全部投入使用，目前運行狀態(tài)良好。本工程屬于江蘇凱特爾公司承包，電控部分由武漢海進承接。

1.2設備組成

主體設備分為：19臺加熱罩，17臺冷卻罩，36座加熱冷卻爐臺，24座終冷爐臺，36套儀表閥架，2套液壓系統(tǒng)，36套電控系統(tǒng)。

2.自動控制系統(tǒng)

2.1基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)采用德國西門子公司生產(chǎn)的S7-300PLC。從每個爐臺均完全獨立的工藝特性出發(fā)，本著控制分散、管理集中的原則，每個爐臺用一套S7-300PLC控制，CPU控制模塊采用315-2DP。36套S7-300PLC，通過6臺交換機和光纖電纜連接成環(huán)狀工業(yè)以太網(wǎng)，接成環(huán)狀工業(yè)以太網(wǎng)的目的是為了提高工業(yè)以太網(wǎng)的可靠性?，F(xiàn)場各類檢測信號通過控制電纜接到DI模塊和AI模塊。各類控制信號經(jīng)DO模塊和AO模塊，也通過控制電纜送到現(xiàn)場，分別控制各種閥門及調(diào)節(jié)閥等。

36座爐臺，用2臺操作站（OS）進行操作、監(jiān)視和控制。2臺操作站的監(jiān)測軟件功能一樣，正常情況下，每臺操作站監(jiān)控36個爐臺；當某一臺操作站故障時，另一臺操作站可繼續(xù)監(jiān)控該故障操作站在故障前所監(jiān)控的爐臺，另外還有一臺工程師站，工程師站供軟件工程師維護和優(yōu)化軟件之用。

該自動化控制系統(tǒng)還設計有一臺二級機（HPC）。該二級機實時采集生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，供生產(chǎn)管理部門或者調(diào)度部門實時掌握罩式爐車間的生產(chǎn)情況；同時該上位機留有與上級管理和通訊接口。屆時完成與三級機通訊的軟件設計和編程任務。

上位機HPC通過以太網(wǎng)從三臺操作站采集數(shù)據(jù)。為了罩式爐的生產(chǎn)安全，HPC只能采集數(shù)據(jù)，不能干預罩式爐的生產(chǎn)過程。

2.2網(wǎng)絡配置

3.溫度控制

3.1加熱裝置的組成

加熱罩為一圓柱形半殼結(jié)構(gòu)，加熱系統(tǒng)包括：8只分兩層布置的高速燒嘴；8套燃氣電磁閥、比例閥；8只IFS258燒嘴控制器及TZT點火變壓器；8只熱空氣電動調(diào)節(jié)閥；空氣流量調(diào)節(jié)閥、切斷閥；助燃風機、空氣預熱器及連接管道；燃氣孔板流量變送器，壓力開關(guān)及壓力表；1套燃氣切斷電閥門，減壓穩(wěn)壓閥，燃氣計量儀表和1套快速街頭。

燒嘴工作時，通過助燃空氣的電動閥門來調(diào)節(jié)空氣壓力大小，再由空氣壓力來調(diào)節(jié)比例閥門的開度，從而來控制煤氣進氣量的大小，達到一個合適的空燃比例，獲得最佳的燃燒效果。配有一個燒嘴操作箱，具體有以下電氣元件：手動/自動開關(guān)；加熱罩點火指示燈；加熱罩故障指示燈；帶電插頭的手動電氣連接線。所有至PLC的信號，均由電氣連接線傳送，點火控制器及其元件，所有復位信號均通過它完成。

每個燒嘴裝有窺視鏡，如果一個燒嘴發(fā)生故障，只有發(fā)生故障的燒嘴自動停止，加熱罩有其他燒嘴操作，經(jīng)由復位系統(tǒng)可以對故障燒嘴單獨從新啟動。

3.2退火溫度控制過程

3.2.1設定值控制

各個程序段的溫度設定值被歸納到退火程序的溫度軌跡中，溫度程序器處理設定值的控制，在程序開始之前，退火程序必須發(fā)送到工作爐臺的PLC中（可編程控制器）。

3.2.2溫度控制

直接由PLC自動控制爐內(nèi)溫度，溫度控制主要是靠爐臺熱電偶實現(xiàn)，加熱罩溫度僅用于顯示和超溫保護，即當爐內(nèi)溫度超過設定值5℃，或加熱罩溫度超過設定值上限10℃，燃燒系統(tǒng)自動斷開。

3.2.3脈沖調(diào)節(jié)控制

如果出現(xiàn)以下情況，就要以脈沖調(diào)節(jié)控制向開/關(guān)控制的轉(zhuǎn)換；加熱罩溫度比設定值高10℃，并且在空氣電動閥上已經(jīng)達到最小設定值；工作負荷空間的溫度比設定值高5℃，并且在電動閥上已經(jīng)到最小設定值；

3.2.4溫度測量

工作負荷空間加熱罩和爐臺溫度用K型鎧裝熱電偶進行測量，現(xiàn)場采集的模擬量溫度信號直接進入PLC模塊6ES7331-7KFO02-0AB0中，如果加熱罩溫度超出最大設定溫度10℃或以上，為保護退火設備，加熱系統(tǒng)即被斷開。如果工作負荷空間的溫度超出設定溫度5℃或以上，為保護爐料，加熱系統(tǒng)即被斷開。加熱罩和工作負荷空間溫度由操作站進行記錄顯示，即使在冷卻過程中也是如此。

3.3退火爐內(nèi)溫度自動控制

3.3.1退火溫度控制設定值菜單說明

溫度控制設定值菜單（見本說明附圖2退火程序操作畫面區(qū)域4）分為9行3列，列1為退火溫度控制段升溫、降溫標識，上箭頭表示本行為升溫段，下箭頭表示本行為降溫段；列2為各控制段退火溫度設定值；列3為各控制段升溫保溫設定時間。9行分別表示退火過程9個溫度控制分段控制數(shù)據(jù)。

3.3.2退火溫度控制過程

3.3.2.1加熱罩燒嘴全部點燃后，控制程序讀取第一行溫控設定值數(shù)據(jù)，根據(jù)本行設定溫度與內(nèi)罩實際溫度的偏差，自動調(diào)節(jié)空氣馬達閥和煤氣比例閥開度、控制燒嘴燃燒氣體流量，實現(xiàn)溫度控制，同時按本行設定升溫保溫時間啟動PLC計時器計時。爐內(nèi)已預裝兩只測溫電偶（1#、2#電偶），在正常情況下，1#電偶作為內(nèi)罩采樣測溫源，2#備用，若1#電偶燒斷，控制程序立即切換到2#電偶測溫，保證退火溫度控制繼續(xù)進行，任一測溫電偶燒斷，控制程序都將發(fā)出報警信號。

3.3.2.2設定溫度達到，且升溫保溫計時時間達到，控制程序控制行指針下移，讀取下行溫控設定值數(shù)據(jù)，按設定值數(shù)據(jù)執(zhí)行溫度控制，直至完成升溫控制最末段。

3.3.2.3在二段升溫過程中，當內(nèi)罩測量的實際溫度等于設定溫度時，按正常DB9.DBW116的輸出給脈沖控制器；當內(nèi)罩測量的實際溫度超過設定溫度5度時，自動將W#16#ACD輸出給脈沖控制器，使控制器閥輸出為10%；5、6、7、8四個燒嘴同時熄滅同時熄滅；等到內(nèi)罩測量的實際溫度等于設定溫度時8個燒嘴自動全部點燃；當內(nèi)罩測量的實際溫度超過設定溫度10度時，自動將W#16#566輸出給脈沖控制器，使控制器閥輸出為5%。1、2、5、6、7、8六個燒嘴同時熄滅；等到內(nèi)罩測量的實際溫度等于設定溫度時8個燒嘴自動全部點燃升溫。

3.3.2.4在退火溫度控制過程中，若火焰探測器探測到任一燃燒嘴熄滅，控制程序發(fā)出報警信號，此時，應由操作員檢查燒嘴熄滅原因，排除故障。 在操作站程序操作畫面溫度控制設定值區(qū)域中，控制程序當前處理的控制行會加亮顯示，便于與未處理行相區(qū)別；在設定值-實際值顯示區(qū)域中，溫控當前控制行設定溫度、設定升溫保溫時間和內(nèi)罩實際溫度、已逝去的升溫保溫時間均能動態(tài)顯示，便于操作員監(jiān)視溫控過程。

3.3.2.5加熱控制結(jié)束，換罩進入冷卻階段，當控制程序檢測到爐內(nèi)溫度≤350℃時，延時15秒爐臺風機停止運行，當控制程序檢測到爐內(nèi)溫度≤250℃時，延時15秒爐冷卻風機停止運行，當爐內(nèi)溫度下降到設定冷卻終點溫度時，冷卻控制完成，然后經(jīng)過后沖洗，退火工藝步驟全部完成。

4.結(jié)束語

唐山建龍冷軋廠全氫燃氣罩式退火爐的溫度控制系統(tǒng)自2008年投入運行以來，經(jīng)過一些軟件優(yōu)化，至今系統(tǒng)運行良好，自動投運率100%，各項性能指標達到生產(chǎn)標準要求。

作者簡介

李英碩（1981.12--），男，河北省遵化市人，大學本科學歷，遵化市唐山建龍實業(yè)有限公司冷軋廠工程師，主要研究方向：電氣自動化與自控檢護。