硅钢保温炉仪表控制系统

高琼

摘要：由于硅钢的特殊的热传导性能，需要硅钢保温炉以实现板坯在大于150℃和大于200℃时装入加热炉。文章介绍了宝钢1580热轧增建的两座硅钢保温炉的控制系统，它是基于两套中小型的DCS集散控制系统实现自动控制的，对提高燃气利用率，降低能耗起到了明显的效果。

关键词：硅钢保温炉；压力自动调节；数据采集；OP输出值；仪表控制系统

中图分类号：TG232文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）04-0059-02

由于硅钢的特殊的热传导性能，需要硅钢保温炉以实现板坯在大于150℃和大于200℃时装入加热炉。宝钢1580热轧增建两座保温炉，均采用带燃烧供热的坑式炉。每座保温炉有两个装料室，中间用隔墙分开。每个装料室配备4个烧嘴，每个烧嘴均配备火焰监视装置。

保温炉燃烧采用焦炉煤气，焦炉煤气总管（DN150）采用压力自动调节以保证煤气压力的稳定。助燃用空气由鼓风机供给。燃烧用焦炉煤气和助燃用空气采用空燃比自动调节以保证保温炉炉温的稳定以及达到最佳的燃烧效果。

每座保温炉炉温的炉罩均由高罩和低罩组成，高罩和低罩的移动采用顺序控制，在DCS中完成。

一、系统的组成

保温炉以炉温作为控制目标热工参数，每座保温炉均有两个K型（200℃～900℃）的热电偶实现炉温检测，其检测信号送至新增的一套HONEYWELL的Plant Scape控制系统内的温度变送器，信号转换后进入Plant Scape R310集散系统内，它是由Plant Scape DCS监控与C200回路逻辑控制器组成。现场控制级的Plant Scape复合控制器从相应的I/O模块中进行数据采集，并通过其控制模块来实现控制功能。针对实际生产过程开发的DCS系统应用软件对相关信息采集后，按照设定及一定的组态对温度进行自动控制，并且来调节阀门OP输出值，又通过I/O模块送至现场的煤气调节阀（FCV-1101）使煤气调节阀得以自动控制。而在同时，煤气流量的检测信号送至控制系统内后按照预先设定的空燃比系数，在控制器内对空气调节阀进行控制的OP输出值，从而使空气调节阀（FCV-1201）也得以自动控制。

二、硅钢保温炉系统的过程控制功能

在此控制系统内，是以炉温作为控制目标的热工参数的，有以下几点过程控制，仪表检测及联锁。

保温炉炉温检测，记录（每座炉2点）；

保温炉烧嘴火焰检测，报警（每座炉8点）；

焦炉煤气总管压力检测，报警；

焦炉煤气总管压力自动调节；

鼓风机出口压力检测，报警；

保温炉进口焦炉煤气总管流量检测；

保温炉进口焦炉煤气总管压力检测、报警；

保温炉进口助燃空气总管流量检测；

保温炉进口助燃空气总管压力检测、报警；

保温炉炉温自动控制系统；

仪表用压缩空气压力检测、报警；

保温炉焦炉煤气总管快速切断阀连锁控制系统。

三、控制系统组态框图及功能说明

（一）保温炉炉温自动控制

保温炉炉温自动控制，采用空气，煤气自动配比调节，达到炉温稳定的目的，并使燃烧达到最佳效果。

注：保温炉空气调节阀控制，即根据煤气量，参照配比调节空气使空气、煤气保持预定的比例。

I——显示I/R——显示，记录

I/R/A——显示，记录，报警

图 1控制系统组态框图

此系统由两个调节回路组成串级回路。主回路为煤气流量调节，炉温作为调节器的过程变量（PV），工艺所确定的目标炉温为调节器的设定值（SP）随炉温的变化不断地调节煤气流量，从而使炉温达到或接近设定值。副回路为助燃空气流量调节，空气流量作为调节器的过程变量（PV），煤气流量×系数（比例为：空/煤=5～8/1）作为调节器的设定值（SP）随着煤气流量的变化，空气流量也随着按比例改变。

（二）煤气总管压力调节

随着煤气压力的变化， PID不断调整调节阀的开度，使煤气总管压力稳定，这种压力稳定是按设定值定义的。

（三）保温炉煤气快速切断阀控制

保温炉进口煤气快速切断阀控制为安全连锁控制。在出现事故情况下，当空气、煤气或仪表用压缩空气压力低于各设定值或鼓风机出现异常断点时，快速切断阀快速切断煤气，以避免煤气、空气在管道中混合而产生爆炸的可能性，确保安全。

（四）保温炉火焰监视

保温炉每个烧嘴均配备火焰检测装置，在DCS中进行监视。当出现火焰燃烧异常时，能及时处理。

四、计算机控制系统实现

以上检测内容，除保温炉每个烧嘴前的空气，煤气管道压力检测就地显示外，其余检测信号和控制功能均由设置在板坯库管理室内的本工程新增的一套HONEYWELL的Plant Scape控制系统来完成，同操作台共同组成一个中小型集散系统。

Plant Scape R310集散控制系统由Plant Scape DCS监控与C200回路逻辑控制器构成。系统软件除了具备编程、组态、系统生成外，还具备了操作站的所有操作及显示功能。现场控制级的Plant Scape复合控制器由控制模块、电源模块及相应的I/O模块组成，具备数据采集、控制功能。

针对实际生产过程开发的DCS系统应用软件主要由控制组态软件和监控组态软件两大部分组成，其中控制组态软件主要包括Quick Build、Control Build和Station，監控组态软件包括工艺流程图、控制回路图、顺序控制图、历史趋势图、报警系统图和参数报表等。

在系统中一组相关信息的集合是通过操作系统中的操作站对点的概念的使用来完成的。点的类型一般有数字点和模拟点。数字点用于对开关量的监控，如阀门开关，而模拟点用于对连续量的监控，如温度。

点的参数。点一般拥有多个参数，这些参数用于描述点的各个属性，如在前面的组态框图中所述的当前测量值、报警设置、控制输出等，如下所述：

PV—当前测量值，如当前温度；

SP—点的设定值，如联锁设定或压力控制的压力设定；

OP—点的控制输出，如阀门开关设定或压力控制回路的阀门输出设定；

MD—点的操作模式，即手动或自动等模式。

如对压力控制回路可设定为自动模式，这时压力将按SP的设定值进行自动控制并调节阀门OP输出值，在前面所述的以炉温的变化控制煤气量的组态框图中，即以600℃作为SP的设置值进行自动控制来调节阀门OP输出值，使煤气调节阀门的输出设定值得以

控制。

当设定为手动模式时，阀门开度将由OP的输出值设定，同时SP将跟踪PV值，SP此时不可由人工设定。当再切换为自动模式时，OP值从手动模式时的输出值开始变化，由SP重新设定回路控制设定。

回路中的数字点只有两种状态即0或1的状态，而模拟点则复杂一些，自动模式中，根据工艺要求只需设定SP，之后回路会按SP值及PV值自动调节OP输出作用至控制对象，使PV接近SP值，当PV发生波动后，回路又会自动调整OP直至再次稳定。

当切换为手动模式时，为实现无扰动切换（即手动输出完毕再切换回自动时，OP不产生大的波动），此时SP将保持和PV相同的值。所以当从手动切换为自动时，应重新把SP按工艺要求再设定一次。

五、结语

从这套中小型的DCS集散控制系统中，我们看出不仅使原有的手动执行器PID调节已不能迅速有效地实现工艺要求所设定值，而且固有的组态使它能够跳出传统的PLC复杂程序设计而自动地作到PID调节。基于此保温炉控制过程的DCS系统试投运后，系统实现了炉温控制系统的实时监控。运行结果表明：系统技术性能优良，运行安全稳定可靠，操作直观方便，控制效果良好。对提高燃气利用率、降低能耗具有明显效果。

参考文献

[1]廖晓钟．自动控制系统[M]．北京理工大学出版社，1987.

[2]刘翠玲．集散控制系统[M]．中国林业出版社，2006.

[3]霍尼韦尔中国有限公司．Plant Scape DCS系统手册，2001.

（责任编辑：周加转）