棒材廠加熱爐控制系統的應用

康　兵

[摘要]介紹加熱爐控制系統的硬件和軟件構成、通訊方式及功能描述等，具體闡述加熱爐三段換向閥的控制過程。運行過程中該套系統穩定、通訊快速，取得顯著的經濟效益。

[關鍵詞]PLC 換向閥 通訊 加熱爐

中圖分類號：TK1 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2009）0720107－01

棒材廠加熱爐為推鋼式加熱爐，采用蓄熱室燃燒技術，三段加熱制度，分別為均熱段Z01、加熱段Z02、預熱段Z03。各段采用側向空氣單蓄熱燒嘴供熱。除了上述3個供熱段外，還設有一個預熱段，以充分吸收常規燃燒從爐尾排放的煙氣余熱，節約能源。高、焦、轉爐混合煤氣為燃料，空氣為助燃氣體。為了保證產品的質量，加熱爐的加熱溫度應該在規定的溫度范圍內，不應產生過熱或過燒，使燒損率被控制在最低限度；坯料的加熱溫度從整個斷面看要均勻一致；鋼坯在加熱過程中可能的氧化燒損應最小。全爐共設有56個燒嘴，分成15組，15組分三段控制，預熱段5組、加熱段4組、均熱段6組。

一、系統結構

加熱爐控制系統主要由操作站（計算機監控單元）和控制站組成，操作站采用工業控制計算機，用Siemens組態軟件WinCC V6.0，完成數據實時顯示，監控，歷史記錄的存取，報警記錄及參數設定。控制站采用Siemens PLC構成一個主站和四個從站，用Step7編程軟件，主站和從站之間均采用Profibus-DP現場總線連接，其最高傳輸速度可達115Mbps。操作站和控制站之間采用TCP/IP以太網連接，完全滿足對數據實時監控的要求。系統組成如圖1所示。

（一）操作站。采用兩臺西門子工控機，19寸液晶顯示器，對采集的數據實時顯示、監控，使操作員能隨時了解加熱爐各部位的參數。對主要數據可存儲達一年之久，可快速有效地查詢。除此之外，操作站還完成參數的設定(包括控制參數、報警參數及調節器參數的設定)、實時趨勢、歷史趨勢管理、報警管理功能。工藝參數監控畫面如圖2所示。

（二）控制站。控制站由PLC主站和四個PLC從站構成，完成對加熱爐燃燒的基本控制。考慮到系統模擬量處理、PID及復雜控制回路較多、為節約成本，滿足正常生產需要提高系統的響應性能等因素，PLC系統采用西門子公司S7-300系列，遠程I/O采用ET200，由CPU、存儲單元、電源模板、通訊模板、輸入/輸出模板、中間繼電器等組成，主站與從站采用Profibus-DP網。

PLC控制系統根據工藝需要完成調節閥開度設定、換向閥邏輯控制、監測和報警、與操作站進行通訊等控制功能。

采用此種方式的自動化系統的好處可以歸納如下：1．充分發揮CPU技術性能，從根本上簡化自動化系統結構，降低設備投資。2．安裝、調試、標定規范化。3．系統擴展性能好，可輕松配置和擴充。4．數據通訊速率高、數據可靠，可與其它網絡上的程序控制器透明地收發信息。5．充分采用現代HMI技術，省卻大量操作按鈕、指示燈和顯示儀表，從而提高自動化生產的操作和管理水平，使操作更加人性化和簡約化。

二、控制方案

PLC主要完成對56個換向閥和30個煤氣換向閥的自動控制，換向閥的控制工藝流程如圖2所示。均熱段、加熱段、預熱段都有定時換向、半熱負荷、保溫三種模式，三段各自獨立，互不影響，由操作人員進行選擇。在每組燒嘴處于自動方式下：

同一側的上下兩個蓄熱室成對同步工作，并與爐子對側的兩個蓄熱室成組工作，即：一側送空氣（同步送煤氣），另一側抽煙氣（同步關閉煤氣）。

送空氣換向閥的動作順序：關閉排煙閥，關到位的同時開啟空氣閥，開到位2秒鐘時開啟配套的煤氣快切閥，完成燒嘴開啟動作。

抽煙氣換向閥的動作順序：關閉煤氣快切閥，關到位后1秒關閉空氣閥，關到位的同時開啟煙氣閥，完成燒嘴關閉動作，蓄熱室開始蓄熱。

1．定時換向，停止工作的燒嘴組在換向周期內按啟動間隔時間自動啟動，但每組的換向周期保持相同。

2．半熱負荷模式，當某段煤氣流量大于正常值的40%小于50%時，輪流停需要換向的3組；當該段煤氣流量大于正常值的50%小于60%時，輪流停需要換向的2組；當該段煤氣流量大于正常值的60%小于70%時，輪流停需要換向的1組。間隔所設定的停止換向時間后啟動停止的一組，停止需要換向的另一組。保持每段都有燒嘴工作，段內的燒嘴在一個周期內開啟的個數少于配備的燒嘴數。

3．保溫模式，三段工作方式不同。均熱段第一組保持正常換向，后面五組輪流開兩組，間隔所設定的停止換向時間后啟動停止的一組，停止需要換向的一組。加熱段工作方式同均熱段除第一組外的后面五組，預熱段在保溫模式下全部停止換向，在需要換向的時候停下來。

4．對重要參數進行報警和連鎖來保證加熱爐的安全運行。

加熱爐的爐溫控制共3點，由均熱段、加熱段、預熱段的各支管空氣調節閥和煤氣調節閥進行調節。爐壓控制1點，爐膛壓力為微正壓，要求控制在±50Pa以內，通過設在預熱器后煙上的煙道閘板進行調節。

將加熱爐預熱器后煤氣總管流量累積值，作為煤氣消耗量的參考，同時設置操作權限，由技術人員輸入密碼對該累積值清零。

三、抗干擾措施

為使系統可靠運行，采取了如下抗干擾措施：1．線路施工中，盡量避免信號電纜與動力電纜平行敷設；當無法避免時，信號電纜用穿管敷設，然后鋼管接地；信號電纜以最短距離敷設；2．儀表部分接地選用銅牌

單獨接地；3．PLC及儀表電源由隔離變壓器單獨供電；4．所有模擬信號增加隔離措施。

四、結束語

本系統界面友好，操作方便，控制可靠，精度高。采用WinCC組態軟件，其功能強大，易于擴展。投運以來，一直穩定可靠地運行，在實際生產中取得了顯著的經濟和社會效益，能夠滿足各項經濟技術指標，滿足控制精度要求，減輕了操作人員和維護人員的工作量。

參考文獻：

[1]蔡喬方，加熱爐，北京：冶金工業出版社，1996.

[2]汪曉光，可編程控制器應用技術[M].北京：機械工業出版社，2001.