攀钢加热炉仪表自动控制系统

1 引言

　　攀钢加热炉为蓄热式步进式加热炉，可装炉钢坯长度从3.7米～8米，并可根据钢坯长度自动进行双排或单排布料，其设计生产能力为200t/h。加热炉分设加热三段、加热二段、加热一段、均热段4段控制加热，配备2台助燃风机(1用1备)和一台引风机，空气由设置在烧嘴中的蓄热体预热后进加热炉助燃，入炉煤气采用高焦混合煤气，以常温形式进加热炉燃烧。其炉温控制采用双交叉限幅燃烧控制功能，炉膛压力采用前馈控制及加热炉门开关补偿控制方式，有效提高炉压控制精度。

2 系统配置

　　加热炉仪表自动化控制系统是由s7-400plc控制系统作为系统主控制器，cpu模块采用高性能的cpu416-2dp,i/o采用分布式控制结构et200系统，现场总线采用profibus-dp总线结构将主控制器和et200系统相连接。仪控plc和其它站通讯采用光纤环网方式，操作站(hmi)与主控制器通过工业以太网相联，并预留加热炉二级和轧线plc通讯接口，给加热炉二级提供各段炉温、空气煤气流量、入炉钢坯温度数据，随时接受加热炉二级发送的设定温度、加热制度数据等。其系统配置图如图1所示。

图1 系统配置

　　plc控制器用于生产过程的逻辑和顺序控制，闭环调节控制、数据采集、计算和过程i/o处理等。工作站用于参数设定、操作和修改、报警和事故显示、过程画面显示、系统状态显示等。

3 燃烧控制系统工程设计

　　加热炉的仪表控制系统功能主要分为以下几个方面：炉内温度与燃烧控制系统，炉膛压力控制系统，分散换向控制系统，排烟温度控制系统，煤气及助燃空气压力的稳定调节以及其它一些安全联锁控制及能源介质监控等。

3.1 炉内温度控制

　本加热炉分为4个燃烧控制段，分别是：第一加热段、第二加热段、第三加热段、均热段，各燃烧控制段的控制方式相同。测温点的布置如图2所示：在每个燃烧控制段各采用5只s型热电偶测温，其中顶部3只，按照左、中、右平均分布，下部各采用2只，左右对称分布，另在预热段炉顶设置2只热电偶左右对称分布。每段热电偶的测量信号由plc进行处理并在crt上显示。当两只热电偶均正常时，自动选择温度较高的信号进行控制，防止单侧温度较高造成事故，当选择其中一只热电偶作为控制回路的测量值时，控制系统会在其发生故障时，自动切换到运行正常的热电偶；当选择将两只热电偶的信号平均值作为炉温控制的测量值，控制系统会在其中一只发生故障时，自动切换到运行正常的热电偶，确保炉温控制检测信号的连续性，不会因一只热电偶故障而导致控制炉温的波动，同时crt显示相关热电偶的故障报警，以利判断处理。每段的炉温测量值与plc内的炉温目标设定值进行比较，经双交叉限幅控制输出方式控制煤气流量和空气流量调节阀，达到控制炉温目的。

图2 温度检测示意图

　　3.2 燃烧控制

　　(1)上段回路控制：各段混合煤气流量经流量检测后送plc进行处理，经双交叉限幅控制方式输出调节信号至煤气流量调节阀，按炉温需要调节煤气流量，如图3所示。

图3 双交叉限幅燃烧控制系统

　　各段助燃空气流量用孔板检测，经差压变送器转为电信号后送plc进行处理，经双交叉限幅控制方式输出调节信号至助燃空气流量调节阀，按空/燃比需要调节助燃空气流量。

　　(2)下段回路控制：下加热段的热量设定可以在以下两种方式中切换：

　　l独立控制模式：由本段温度调节器的输出值设定(与上段相同)

　　l主从控制模式：由上段温度调节器的输出值按比例设定。主从控制模式可以较好地协调本段内上下加热区的供热量，有效地防止下部对上部的影响，保证炉温的均匀性。

　　3.3 炉膛压力控制

　　在上均热段和第三加热段顶部测量炉压信号送给plc，将两测量值分别在crt上显示。正常情况下以上均热段采集的炉压作为控制炉膛压力的测量值，以第三加热段压力作为后备测量值，如果上均热段炉压信号偏差太大或故障，系统会自动判断选取第三加热段的炉压作为炉压的测量值，控制系统根据测量值控制烟道闸板阀的开度，在满足控制炉膛压力的情况下也确保烟道换热设备的使用寿命。

　　加热炉炉压控制功能：由压力变送器检测炉膛压力，由控制器进行pid运算，控制烟道闸板的开度，从而达到控制炉膛压力的目的，由于加热负荷的波动较大，对进入加热炉的所有助燃空气采用前馈控制，来保证炉压的稳定。炉压前馈控制系统原理如图4所示。

图4 炉压前馈控制系统原理图

　　当炉门打开时，会对炉压产生影响，而且炉门的开关时间很短，对于大滞后的炉压系统，将无法调节，因此在炉门打开时，控制器锁定，使炉压在炉门打开时也能稳定，炉门关闭后，控制器开始进行调节，仍能保证炉压的稳定。