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发布时间:1714360936 来源:
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轧钢加热炉自动控制原理
作者:刘洪远
来源:《数字化用户》
2013
年第
15
期
【摘
要】轧钢加热炉自动控制在绝大多数场合被理想化,认为自动就是无人操作;同时
也自然就有与之完全对立的另一种观点,认为轧钢加热炉自动根本不好用,只能手动。通过分
析控制方法和现场可能出现的情况,总结了切合实际的自动运行机制,也是在目前现有条件和
技术水平下切实可行的实现系统自动控制的最好途径。
【关键词】加热炉
自动控制
系统
一、
引言
无论生产什么产品的轧钢厂,加热炉都是这条生产线的龙头。因此加热炉能否保证安全、
正常的运行,能否经过标准化作业,加热出合格的板坯,对整个轧线能否安全、持续、顺行的
进行生产,都有着至关重要的决定作用,所以加热炉是一个不可忽视的重要环节。由于加热工
没有严格地执行各项规章制度:温度制度、工艺制度、停轧降温制度,将导致板坯的加热质量
不好,出现板坯的过热、过烧、脱碳、氧化铁皮过厚,以及加热温度不均引起的上翘下曲等常
见的加热缺陷。轻的来说使烧损增大,轧机轧制困难,保证不了产品质量,重的来说钢材报
废,甚至造成设备事故,给国家、企业、集体、个人带来直接的经济损失。因此,加强轧钢厂
加热炉自动控制系统就显得尤为重要。本文就轧钢加热炉自动控制进行阐述。
二、
系统硬件配置
整个控制系统由一个工程师站、两个操作员站、一个
S7-400H PLC
和
ET200M
分布式
IPO
分站组成。工程师站、操作员站采用工控机,配置
CP1413
通信处理器用于连接到工业以太网
的。
S7-400H
自动化系统包括一个分割为
2
个区的中央机架
UR2-H
,每个区为一个子单元,每
个子单元均配置有电源模板
PS407
、
414-4H CPU
模板。
ET200M
分布式
IPO
站使用
SM321PSM322
数字输入
P
输出模块、
SM331PSM332
模拟输入
P
输出模块,每个站有两个接
口模板
IM 153-2
,一个电源模板
PS 307
,一个接口模板的电源由本站电源模板提供,另一个
接口模板的电源由另一分站提供,使得在同一个控制柜中的每个分站中接口模板的电源是冗余
的。整个系统还装备有
UPS
电源。
三、软件系统设计
系统编程软件是
PCS7
软件包及其可选软件,软件系统设计包括
PLC
组态及参数配置、系
统监控程序设计、网络通信配置、操作员站人机界面系统设计等几个部分。整个控制系统完成
现场数据采集、数据处理、输出控制及报警等功能,操作站实现对过程数据的显示、历史趋势
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的记录、控制设备的工作状态、报警、显示以及报表的打印等功能。并分别通过上位机和操作
台实现燃烧和换向的自动、手动功能。
四、系统自动控制
(一)
有条件的自动控制
任何控制系统设计都是针对某种或某些特定干扰来制定的,自动控制应在这些特定干扰发
生时能起到较好的作用,但当其他干扰发生或干扰克服不完全,仅靠
PID
闭环反馈起作用时,
自动控制就显得缓慢且无力。
一般,在轧制节奏平稳、钢坯品种规格稳定时,采用最基本的串级比值控制方法即可满足
控制质量要求。控制回路一方面按比例稳定调节煤气和空气的流量,另一方面对温度偏差进行
细微的调整。它起到了比手动操作更为精细的调节作用。当轧制节奏波动频繁时,虽可采用生
产率前馈的策略来克服,但由于前馈模型不可能十分精确,每次补偿都会有些剩余干扰而造成
温度的波动,且从一个稳态到另一个稳态一般至少需
30
~
50 min
。如果轧制节奏波动周期小于
这一时间,则必将使炉温对象失去稳态和控制质量的下降。
品种多且批量小是对燃烧自动提出的更大挑战,不同品种的加热制度使炉温设定值相应变
化。由于缺乏针对品种变化干扰的控制手段,故仅靠温度闭环反馈控制调整会导致温度响应速
度较慢。例如,钢种
I
要求出钢温度
960e
,相邻钢种
II
要求出钢温度
1060e
,此时炉温设定值
相差较大,则很难获得理想的控制质量。
(二)不能持之以恒的手动控制
温度这类典型大滞后对象是智能控制理论应用的主要对象。换句话说,诸如模糊控制、专
家控制等智能控制方法要优于常规控制方法的控制效果,这一点是肯定的。而另一个不能不承
认的事实是:智能控制方法都是以专家经验为基础建立的知识计算和推理系统,无操作者的手
动操作经验,智能控制规亦无法形成。也就是说,智能控制就像是用计算机来模仿代替一个有
经验操作者的操作,而这种操作的效果是最佳的。由此,似乎可得到这样一个让所有从事自动
化专业的人士都会感到失望的结论,即手动操作比自动控制强。其实不然,因为任何操作者都
不可能像机器一样整天不眨眼的工作。一个有责任心且有经验的操作者可手动保持加热炉的正
常生产和加热质量,但其操作强度较高也很难进行更为频繁和精细的调整。如果精力下降,操
作频率降低,则控制质量也会降低。手动操作控制质量还将受到操作者情绪、习惯、水平等因
素的影响,造成产品质量不稳定,重复性差,有可能出现较大随机性。因此,单纯的手动操作
不应该是现代化企业的控制手段。
(三)
有操作者干预的加热炉燃烧系统自动
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如果将加热炉燃烧系统自动理解成是无人操作,那么这个观点是完全错误的。无人值守的
自动需要更全面的实时和专家信息支持,目前的技术水平无法做到。因此,由于经验知识不完
整,自动控制在一些特殊情况下则需操作者的手动干预:
正如前文所述,鉴于一些制约因素的影响会出现自动控制效果差的情况,一些操作者就断
然认为自动不好用,这种认识是不全面的。自动系统在另一些情况下会稳定运行,实现手动无
法做到的精细调整。因此,要引导操作者熟悉自动操作,了解自动效果,掌握自动控制什么情
况下有效,什么情况下会效果变差,对自动控制做到心中有数,最终形成大多数时间坚持自
动,必要时少量手动干预的操作习惯。
五、结语
该自动控制系统自投入以来效果显著,
系统稳定可靠,操作简单方便,并减轻了工人
的
劳动强度;实现了对加热炉炉温、蓄热室温度的控制,减少了热能损失;燃料吨钢消耗由原来
的
2.5GJ/t
降至
1.56GJ/t
,
每年直接经济效益
2850
多万元。
参考文献:
[1]
毕春长,李柠,黄道
.
钢坯加热炉仿真系统研究
[J].
系统仿真学报
. 2004
(
04
)
[2]
曹世海
.
加热炉燃烧控制系统的几项改进措施
[J].
冶金自动化
. 2002
(
04
)
[3]
梁军,吕勇哉
.
轧钢加热炉混合智能控制系统
[J].
钢铁
. 1996
(
S1
)
本文来源:
https://www.2haoxitong.net/k/doc/03ad6bffdd3383c4ba4cd224.html
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