棒材厂加热炉控制系统的应用

康　兵

[摘要]介绍加热炉控制系统的硬件和软件构成、通讯方式及功能描述等，具体阐述加热炉三段换向阀的控制过程。运行过程中该套系统稳定、通讯快速，取得显著的经济效益。

[关键词]PLC 换向阀 通讯 加热炉

中图分类号：TK1 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2009）0720107－01

棒材厂加热炉为推钢式加热炉，采用蓄热室燃烧技术，三段加热制度，分别为均热段Z01、加热段Z02、预热段Z03。各段采用侧向空气单蓄热烧嘴供热。除了上述3个供热段外，还设有一个预热段，以充分吸收常规燃烧从炉尾排放的烟气余热，节约能源。高、焦、转炉混合煤气为燃料，空气为助燃气体。为了保证产品的质量，加热炉的加热温度应该在规定的温度范围内，不应产生过热或过烧，使烧损率被控制在最低限度；坯料的加热温度从整个断面看要均匀一致；钢坯在加热过程中可能的氧化烧损应最小。全炉共设有56个烧嘴，分成15组，15组分三段控制，预热段5组、加热段4组、均热段6组。

一、系统结构

加热炉控制系统主要由操作站（计算机监控单元）和控制站组成，操作站采用工业控制计算机，用Siemens组态软件WinCC V6.0，完成数据实时显示，监控，历史记录的存取，报警记录及参数设定。控制站采用Siemens PLC构成一个主站和四个从站，用Step7编程软件，主站和从站之间均采用Profibus-DP现场总线连接，其最高传输速度可达115Mbps。操作站和控制站之间采用TCP/IP以太网连接，完全满足对数据实时监控的要求。系统组成如图1所示。

（一）操作站。采用两台西门子工控机，19寸液晶显示器，对采集的数据实时显示、监控，使操作员能随时了解加热炉各部位的参数。对主要数据可存储达一年之久，可快速有效地查询。除此之外，操作站还完成参数的设定(包括控制参数、报警参数及调节器参数的设定)、实时趋势、历史趋势管理、报警管理功能。工艺参数监控画面如图2所示。

（二）控制站。控制站由PLC主站和四个PLC从站构成，完成对加热炉燃烧的基本控制。考虑到系统模拟量处理、PID及复杂控制回路较多、为节约成本，满足正常生产需要提高系统的响应性能等因素，PLC系统采用西门子公司S7-300系列，远程I/O采用ET200，由CPU、存储单元、电源模板、通讯模板、输入/输出模板、中间继电器等组成，主站与从站采用Profibus-DP网。

PLC控制系统根据工艺需要完成调节阀开度设定、换向阀逻辑控制、监测和报警、与操作站进行通讯等控制功能。

采用此种方式的自动化系统的好处可以归纳如下：1．充分发挥CPU技术性能，从根本上简化自动化系统结构，降低设备投资。2．安装、调试、标定规范化。3．系统扩展性能好，可轻松配置和扩充。4．数据通讯速率高、数据可靠，可与其它网络上的程序控制器透明地收发信息。5．充分采用现代HMI技术，省却大量操作按钮、指示灯和显示仪表，从而提高自动化生产的操作和管理水平，使操作更加人性化和简约化。

二、控制方案

PLC主要完成对56个换向阀和30个煤气换向阀的自动控制，换向阀的控制工艺流程如图2所示。均热段、加热段、预热段都有定时换向、半热负荷、保温三种模式，三段各自独立，互不影响，由操作人员进行选择。在每组烧嘴处于自动方式下：

同一侧的上下两个蓄热室成对同步工作，并与炉子对侧的两个蓄热室成组工作，即：一侧送空气（同步送煤气），另一侧抽烟气（同步关闭煤气）。

送空气换向阀的动作顺序：关闭排烟阀，关到位的同时开启空气阀，开到位2秒钟时开启配套的煤气快切阀，完成烧嘴开启动作。

抽烟气换向阀的动作顺序：关闭煤气快切阀，关到位后1秒关闭空气阀，关到位的同时开启烟气阀，完成烧嘴关闭动作，蓄热室开始蓄热。

1．定时换向，停止工作的烧嘴组在换向周期内按启动间隔时间自动启动，但每组的换向周期保持相同。

2．半热负荷模式，当某段煤气流量大于正常值的40%小于50%时，轮流停需要换向的3组；当该段煤气流量大于正常值的50%小于60%时，轮流停需要换向的2组；当该段煤气流量大于正常值的60%小于70%时，轮流停需要换向的1组。间隔所设定的停止换向时间后启动停止的一组，停止需要换向的另一组。保持每段都有烧嘴工作，段内的烧嘴在一个周期内开启的个数少于配备的烧嘴数。

3．保温模式，三段工作方式不同。均热段第一组保持正常换向，后面五组轮流开两组，间隔所设定的停止换向时间后启动停止的一组，停止需要换向的一组。加热段工作方式同均热段除第一组外的后面五组，预热段在保温模式下全部停止换向，在需要换向的时候停下来。

4．对重要参数进行报警和连锁来保证加热炉的安全运行。

加热炉的炉温控制共3点，由均热段、加热段、预热段的各支管空气调节阀和煤气调节阀进行调节。炉压控制1点，炉膛压力为微正压，要求控制在±50Pa以内，通过设在预热器后烟上的烟道闸板进行调节。

将加热炉预热器后煤气总管流量累积值，作为煤气消耗量的参考，同时设置操作权限，由技术人员输入密码对该累积值清零。

三、抗干扰措施

为使系统可靠运行，采取了如下抗干扰措施：1．线路施工中，尽量避免信号电缆与动力电缆平行敷设；当无法避免时，信号电缆用穿管敷设，然后钢管接地；信号电缆以最短距离敷设；2．仪表部分接地选用铜牌

单独接地；3．PLC及仪表电源由隔离变压器单独供电；4．所有模拟信号增加隔离措施。

四、结束语

本系统界面友好，操作方便，控制可靠，精度高。采用WinCC组态软件，其功能强大，易于扩展。投运以来，一直稳定可靠地运行，在实际生产中取得了显著的经济和社会效益，能够满足各项经济技术指标，满足控制精度要求，减轻了操作人员和维护人员的工作量。

参考文献：

[1]蔡乔方，加热炉，北京：冶金工业出版社，1996.

[2]汪晓光，可编程控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社，2001.