硅鋼保溫爐儀表控制系統

高瓊

摘要：由于硅鋼的特殊的熱傳導性能，需要硅鋼保溫爐以實現板坯在大于150℃和大于200℃時裝入加熱爐。文章介紹了寶鋼1580熱軋增建的兩座硅鋼保溫爐的控制系統，它是基于兩套中小型的DCS集散控制系統實現自動控制的，對提高燃氣利用率，降低能耗起到了明顯的效果。

關鍵詞：硅鋼保溫爐；壓力自動調節；數據采集；OP輸出值；儀表控制系統

中圖分類號：TG232文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）04-0059-02

由于硅鋼的特殊的熱傳導性能，需要硅鋼保溫爐以實現板坯在大于150℃和大于200℃時裝入加熱爐。寶鋼1580熱軋增建兩座保溫爐，均采用帶燃燒供熱的坑式爐。每座保溫爐有兩個裝料室，中間用隔墻分開。每個裝料室配備4個燒嘴，每個燒嘴均配備火焰監視裝置。

保溫爐燃燒采用焦爐煤氣，焦爐煤氣總管（DN150）采用壓力自動調節以保證煤氣壓力的穩定。助燃用空氣由鼓風機供給。燃燒用焦爐煤氣和助燃用空氣采用空燃比自動調節以保證保溫爐爐溫的穩定以及達到最佳的燃燒效果。

每座保溫爐爐溫的爐罩均由高罩和低罩組成，高罩和低罩的移動采用順序控制，在DCS中完成。

一、系統的組成

保溫爐以爐溫作為控制目標熱工參數，每座保溫爐均有兩個K型（200℃～900℃）的熱電偶實現爐溫檢測，其檢測信號送至新增的一套HONEYWELL的Plant Scape控制系統內的溫度變送器，信號轉換后進入Plant Scape R310集散系統內，它是由Plant Scape DCS監控與C200回路邏輯控制器組成?，F場控制級的Plant Scape復合控制器從相應的I/O模塊中進行數據采集，并通過其控制模塊來實現控制功能。針對實際生產過程開發的DCS系統應用軟件對相關信息采集后，按照設定及一定的組態對溫度進行自動控制，并且來調節閥門OP輸出值，又通過I/O模塊送至現場的煤氣調節閥（FCV-1101）使煤氣調節閥得以自動控制。而在同時，煤氣流量的檢測信號送至控制系統內后按照預先設定的空燃比系數，在控制器內對空氣調節閥進行控制的OP輸出值，從而使空氣調節閥（FCV-1201）也得以自動控制。

二、硅鋼保溫爐系統的過程控制功能

在此控制系統內，是以爐溫作為控制目標的熱工參數的，有以下幾點過程控制，儀表檢測及聯鎖。

保溫爐爐溫檢測，記錄（每座爐2點）；

保溫爐燒嘴火焰檢測，報警（每座爐8點）；

焦爐煤氣總管壓力檢測，報警；

焦爐煤氣總管壓力自動調節；

鼓風機出口壓力檢測，報警；

保溫爐進口焦爐煤氣總管流量檢測；

保溫爐進口焦爐煤氣總管壓力檢測、報警；

保溫爐進口助燃空氣總管流量檢測；

保溫爐進口助燃空氣總管壓力檢測、報警；

保溫爐爐溫自動控制系統；

儀表用壓縮空氣壓力檢測、報警；

保溫爐焦爐煤氣總管快速切斷閥連鎖控制系統。

三、控制系統組態框圖及功能說明

（一）保溫爐爐溫自動控制

保溫爐爐溫自動控制，采用空氣，煤氣自動配比調節，達到爐溫穩定的目的，并使燃燒達到最佳效果。

注：保溫爐空氣調節閥控制，即根據煤氣量，參照配比調節空氣使空氣、煤氣保持預定的比例。

I——顯示I/R——顯示，記錄

I/R/A——顯示，記錄，報警

圖 1控制系統組態框圖

此系統由兩個調節回路組成串級回路。主回路為煤氣流量調節，爐溫作為調節器的過程變量（PV），工藝所確定的目標爐溫為調節器的設定值（SP）隨爐溫的變化不斷地調節煤氣流量，從而使爐溫達到或接近設定值。副回路為助燃空氣流量調節，空氣流量作為調節器的過程變量（PV），煤氣流量×系數（比例為：空/煤=5～8/1）作為調節器的設定值（SP）隨著煤氣流量的變化，空氣流量也隨著按比例改變。

（二）煤氣總管壓力調節

隨著煤氣壓力的變化， PID不斷調整調節閥的開度，使煤氣總管壓力穩定，這種壓力穩定是按設定值定義的。

（三）保溫爐煤氣快速切斷閥控制

保溫爐進口煤氣快速切斷閥控制為安全連鎖控制。在出現事故情況下，當空氣、煤氣或儀表用壓縮空氣壓力低于各設定值或鼓風機出現異常斷點時，快速切斷閥快速切斷煤氣，以避免煤氣、空氣在管道中混合而產生爆炸的可能性，確保安全。

（四）保溫爐火焰監視

保溫爐每個燒嘴均配備火焰檢測裝置，在DCS中進行監視。當出現火焰燃燒異常時，能及時處理。

四、計算機控制系統實現

以上檢測內容，除保溫爐每個燒嘴前的空氣，煤氣管道壓力檢測就地顯示外，其余檢測信號和控制功能均由設置在板坯庫管理室內的本工程新增的一套HONEYWELL的Plant Scape控制系統來完成，同操作臺共同組成一個中小型集散系統。

Plant Scape R310集散控制系統由Plant Scape DCS監控與C200回路邏輯控制器構成。系統軟件除了具備編程、組態、系統生成外，還具備了操作站的所有操作及顯示功能?，F場控制級的Plant Scape復合控制器由控制模塊、電源模塊及相應的I/O模塊組成，具備數據采集、控制功能。

針對實際生產過程開發的DCS系統應用軟件主要由控制組態軟件和監控組態軟件兩大部分組成，其中控制組態軟件主要包括Quick Build、Control Build和Station，監控組態軟件包括工藝流程圖、控制回路圖、順序控制圖、歷史趨勢圖、報警系統圖和參數報表等。

在系統中一組相關信息的集合是通過操作系統中的操作站對點的概念的使用來完成的。點的類型一般有數字點和模擬點。數字點用于對開關量的監控，如閥門開關，而模擬點用于對連續量的監控，如溫度。

點的參數。點一般擁有多個參數，這些參數用于描述點的各個屬性，如在前面的組態框圖中所述的當前測量值、報警設置、控制輸出等，如下所述：

PV—當前測量值，如當前溫度；

SP—點的設定值，如聯鎖設定或壓力控制的壓力設定；

OP—點的控制輸出，如閥門開關設定或壓力控制回路的閥門輸出設定；

MD—點的操作模式，即手動或自動等模式。

如對壓力控制回路可設定為自動模式，這時壓力將按SP的設定值進行自動控制并調節閥門OP輸出值，在前面所述的以爐溫的變化控制煤氣量的組態框圖中，即以600℃作為SP的設置值進行自動控制來調節閥門OP輸出值，使煤氣調節閥門的輸出設定值得以

控制。

當設定為手動模式時，閥門開度將由OP的輸出值設定，同時SP將跟蹤PV值，SP此時不可由人工設定。當再切換為自動模式時，OP值從手動模式時的輸出值開始變化，由SP重新設定回路控制設定。

回路中的數字點只有兩種狀態即0或1的狀態，而模擬點則復雜一些，自動模式中，根據工藝要求只需設定SP，之后回路會按SP值及PV值自動調節OP輸出作用至控制對象，使PV接近SP值，當PV發生波動后，回路又會自動調整OP直至再次穩定。

當切換為手動模式時，為實現無擾動切換（即手動輸出完畢再切換回自動時，OP不產生大的波動），此時SP將保持和PV相同的值。所以當從手動切換為自動時，應重新把SP按工藝要求再設定一次。

五、結語

從這套中小型的DCS集散控制系統中，我們看出不僅使原有的手動執行器PID調節已不能迅速有效地實現工藝要求所設定值，而且固有的組態使它能夠跳出傳統的PLC復雜程序設計而自動地作到PID調節?；诖吮貭t控制過程的DCS系統試投運后，系統實現了爐溫控制系統的實時監控。運行結果表明：系統技術性能優良，運行安全穩定可靠，操作直觀方便，控制效果良好。對提高燃氣利用率、降低能耗具有明顯效果。

參考文獻

[1]廖曉鐘．自動控制系統[M]．北京理工大學出版社，1987.

[2]劉翠玲．集散控制系統[M]．中國林業出版社，2006.

[3]霍尼韋爾中國有限公司．Plant Scape DCS系統手冊，2001.

（責任編輯：周加轉）