江蘇誠德鋼管廠φ18m環形爐儀表自動化控制特點及應用

楊瑾

摘 要：該文通過對江蘇誠德鋼管廠φ18m環形爐儀表的介紹并結合現場生產的實際情況，論述了加熱爐控制系統的工作原理及儀表選型，反映出當今自動化技術的發展方向。

關鍵詞：環形加熱爐 燃燒控制系統 爐溫控制

中圖分類號：TG307 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0200-02

1 工藝流程描述

鋼坯經爐前夾料裝置送入環形爐內，通過爐底傳動設備，根據工藝要求的升溫曲線，經預熱段、加熱I段、加熱II段、均熱段四段的均勻加熱，通過出料夾鉗將加熱后的坯料送入出料輥道，經穿孔、均整、再加熱、定徑、酸洗等工藝程序，最終送入成品庫記錄。

2 控制系統

2.1 控制系統的設計

本加熱爐控制系統基于WINDOWS XP操作系統平臺，采用SIEMENS公司的S7-300控制系統配以ET-200M分布式I/O對整個系統進行數據的采集、狀態監視和過程控制。使用SIEMENS公司的STEP7 V5.5編程軟件，完成系統硬件組態及加熱爐應用程序的設計。采用WINCC 7.0上位軟件進行畫面制作，操作員通過這些畫面完成現場工藝參數和設備運行狀態的監視和操作。

2.2 環形爐檢測項目與報警、聯鎖項目簡介

本環形加熱爐分為預熱段、加熱I段、加熱II段和均熱段四段，燃料為天然氣?？諝饨洆Q熱器預熱進入爐膛，通過這種換熱方式，可以保持良好的工作狀況，節約熱能。天然氣總管上設切斷閥，正常工作時切斷閥打開，天然氣低壓、空氣低壓時切斷閥自動切斷。天然氣支管和空氣支管上設調節閥，自動或手動調節天然氣和空氣流量，以控制爐膛溫度。燃燒時空氣和天然氣流量應保持一定比例，稱為空燃比，以保證最佳燃燒效果?？杖急纫话阍O定在10.0左右。煙道上設置煙道閘板以調節爐膛壓力，保證爐膛壓力為微正壓（設定值在10Pa～15Pa之間）。熱空氣管道設熱風放散閥門，當熱風溫度過高（高于450℃）時，熱風放散閥門自動進行PID調節，降低熱風溫度保證后續設備的使用壽命。煙道處設摻冷風機與摻冷風閥門，當煙氣溫度過高，打開風機與閥門，為煙氣降溫以保護換熱器。

2.3 燃燒控制系統

環形爐燃燒系統采用連續雙交叉限幅燃燒控制方式。這種交叉式控制為國內環形爐比較常用的燃燒方式，通過這種燃燒方式，可以保持良好的工作狀況，節約熱能，穩定的控制爐溫，適應了誠德鋼廠高效率生產的要求。在環形爐操作過程中，爐溫是關系到成品質量的關鍵參數，科學的空燃比控制是關系到燃燒是否充分的重要參數?？杖急冗^高，鋼坯氧化嚴重，氧化皮層厚，影響成品產能，廢氣增多，熱量損失嚴重；空燃比過低，使燃氣不能完全燃燒，浪費了燃料并污染環境。采用雙交叉式限幅控制方式，即以爐膛溫度為主環，空燃氣交叉控制為副環的爐溫控制回路。爐溫低于設定值時，先增空氣流量后增加燃氣流量，爐溫高于設定值時，先減少燃氣流量后再減空氣流量，實現空氣、燃氣交叉控制。保證空燃比的合理性及爐膛溫度的可控性。下面將以預熱段為例，講述爐溫的具體控制過程，預熱段、加熱段與之相同。

預熱段爐溫控制系統包括爐膛溫度檢測與爐溫調節兩部分，預熱段的檢測與流程控制圖見圖1。

爐溫監測系統共設2支S型熱電偶檢測爐溫，其檢測參數可根據用戶需求選擇取高值、低值或平均值作為爐溫調節的被控變量，并保證其中一支熱電偶故障后自動換另一只作為被控參量。如檢測到2只熱電偶都有故障，程序自動使空氣閥門與燃氣閥門保持原位，并以閃爍文字形式提醒操作人員排除故障，保證生產繼續進行。

爐溫調節系統在預熱段的燃氣管道、空氣管道各安裝一臺流量孔板與一臺低負載氣動蝶閥，流量檢測參數作為副回路的被控參數，蝶閥作為執行器。當加熱爐正常生產時，控制器接收來自現場的預熱段的溫度值，通過用戶程序的PID運算及一系列邊界條件的處理輸出控制信號，控制空氣段管與燃氣段管上調節閥的開度改變該段空氣流量與天然氣流量，使之在合理的空燃比（10.0）范圍內充分燃燒。

2.4 PLC系統配置即網絡拓撲結構

PLC系統采用兩層網絡，分別為：上位操作站與PLC之間的通訊網及PLC與現場設備之間的現場設備網，兩層網絡均為總線型拓撲結構。其中控制網采用標準工業以太網；現場設備網采用Profibus-DP現場總線。

加熱爐儀控單獨采用一套PLC，傳動單獨采用一套PLC，兩套PLC之間通過工業以太網連接，傳輸介質為光纖。

儀控PLC下掛現場總線分布式I/O模塊，PLC及現場總線I/O模塊均采用德國SIEMENS公司的S7-300系列產品，現場總線分布式I/O模塊采用德國西門子公司的ET-200M系列產品?，F場總線網絡采用Profibus-DP協議。

2.5 控制系統的特點

1）先進的雙交叉燃燒控制系統完成對爐溫、空燃比的精確控制，從根本上提高了加熱爐的能源利用率，并保證了鋼坯加熱的質量；特別是對天然氣燃料的合理利用，大大降低了燒損；既滿足生產的需要，又減少了廢氣的排放，并有效的節約了能源；

2）現場儀表具有較高的精度和穩定性，為整個燃燒系統的可靠運行提供保障；

3）簡單實用的人機界面，降低了工人的工作強度，改善了工人的勞動條件。

參考文獻

[1] 蔣利軍，姜建國，付濤，等.加熱爐燃燒控制技術分析[J].山東冶金，2006（2）.

[2] 曹世海.加熱爐燃燒控制系統的幾項改進措施[J].冶金自動化，2002（4）.endprint

摘 要：該文通過對江蘇誠德鋼管廠φ18m環形爐儀表的介紹并結合現場生產的實際情況，論述了加熱爐控制系統的工作原理及儀表選型，反映出當今自動化技術的發展方向。

關鍵詞：環形加熱爐 燃燒控制系統 爐溫控制

中圖分類號：TG307 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0200-02

1 工藝流程描述

鋼坯經爐前夾料裝置送入環形爐內，通過爐底傳動設備，根據工藝要求的升溫曲線，經預熱段、加熱I段、加熱II段、均熱段四段的均勻加熱，通過出料夾鉗將加熱后的坯料送入出料輥道，經穿孔、均整、再加熱、定徑、酸洗等工藝程序，最終送入成品庫記錄。

2 控制系統

2.1 控制系統的設計

本加熱爐控制系統基于WINDOWS XP操作系統平臺，采用SIEMENS公司的S7-300控制系統配以ET-200M分布式I/O對整個系統進行數據的采集、狀態監視和過程控制。使用SIEMENS公司的STEP7 V5.5編程軟件，完成系統硬件組態及加熱爐應用程序的設計。采用WINCC 7.0上位軟件進行畫面制作，操作員通過這些畫面完成現場工藝參數和設備運行狀態的監視和操作。

2.2 環形爐檢測項目與報警、聯鎖項目簡介

本環形加熱爐分為預熱段、加熱I段、加熱II段和均熱段四段，燃料為天然氣?？諝饨洆Q熱器預熱進入爐膛，通過這種換熱方式，可以保持良好的工作狀況，節約熱能。天然氣總管上設切斷閥，正常工作時切斷閥打開，天然氣低壓、空氣低壓時切斷閥自動切斷。天然氣支管和空氣支管上設調節閥，自動或手動調節天然氣和空氣流量，以控制爐膛溫度。燃燒時空氣和天然氣流量應保持一定比例，稱為空燃比，以保證最佳燃燒效果。空燃比一般設定在10.0左右。煙道上設置煙道閘板以調節爐膛壓力，保證爐膛壓力為微正壓（設定值在10Pa～15Pa之間）。熱空氣管道設熱風放散閥門，當熱風溫度過高（高于450℃）時，熱風放散閥門自動進行PID調節，降低熱風溫度保證后續設備的使用壽命。煙道處設摻冷風機與摻冷風閥門，當煙氣溫度過高，打開風機與閥門，為煙氣降溫以保護換熱器。

2.3 燃燒控制系統

環形爐燃燒系統采用連續雙交叉限幅燃燒控制方式。這種交叉式控制為國內環形爐比較常用的燃燒方式，通過這種燃燒方式，可以保持良好的工作狀況，節約熱能，穩定的控制爐溫，適應了誠德鋼廠高效率生產的要求。在環形爐操作過程中，爐溫是關系到成品質量的關鍵參數，科學的空燃比控制是關系到燃燒是否充分的重要參數?？杖急冗^高，鋼坯氧化嚴重，氧化皮層厚，影響成品產能，廢氣增多，熱量損失嚴重；空燃比過低，使燃氣不能完全燃燒，浪費了燃料并污染環境。采用雙交叉式限幅控制方式，即以爐膛溫度為主環，空燃氣交叉控制為副環的爐溫控制回路。爐溫低于設定值時，先增空氣流量后增加燃氣流量，爐溫高于設定值時，先減少燃氣流量后再減空氣流量，實現空氣、燃氣交叉控制。保證空燃比的合理性及爐膛溫度的可控性。下面將以預熱段為例，講述爐溫的具體控制過程，預熱段、加熱段與之相同。

預熱段爐溫控制系統包括爐膛溫度檢測與爐溫調節兩部分，預熱段的檢測與流程控制圖見圖1。

爐溫監測系統共設2支S型熱電偶檢測爐溫，其檢測參數可根據用戶需求選擇取高值、低值或平均值作為爐溫調節的被控變量，并保證其中一支熱電偶故障后自動換另一只作為被控參量。如檢測到2只熱電偶都有故障，程序自動使空氣閥門與燃氣閥門保持原位，并以閃爍文字形式提醒操作人員排除故障，保證生產繼續進行。

爐溫調節系統在預熱段的燃氣管道、空氣管道各安裝一臺流量孔板與一臺低負載氣動蝶閥，流量檢測參數作為副回路的被控參數，蝶閥作為執行器。當加熱爐正常生產時，控制器接收來自現場的預熱段的溫度值，通過用戶程序的PID運算及一系列邊界條件的處理輸出控制信號，控制空氣段管與燃氣段管上調節閥的開度改變該段空氣流量與天然氣流量，使之在合理的空燃比（10.0）范圍內充分燃燒。

2.4 PLC系統配置即網絡拓撲結構

PLC系統采用兩層網絡，分別為：上位操作站與PLC之間的通訊網及PLC與現場設備之間的現場設備網，兩層網絡均為總線型拓撲結構。其中控制網采用標準工業以太網；現場設備網采用Profibus-DP現場總線。

加熱爐儀控單獨采用一套PLC，傳動單獨采用一套PLC，兩套PLC之間通過工業以太網連接，傳輸介質為光纖。

儀控PLC下掛現場總線分布式I/O模塊，PLC及現場總線I/O模塊均采用德國SIEMENS公司的S7-300系列產品，現場總線分布式I/O模塊采用德國西門子公司的ET-200M系列產品?，F場總線網絡采用Profibus-DP協議。

2.5 控制系統的特點

1）先進的雙交叉燃燒控制系統完成對爐溫、空燃比的精確控制，從根本上提高了加熱爐的能源利用率，并保證了鋼坯加熱的質量；特別是對天然氣燃料的合理利用，大大降低了燒損；既滿足生產的需要，又減少了廢氣的排放，并有效的節約了能源；

2）現場儀表具有較高的精度和穩定性，為整個燃燒系統的可靠運行提供保障；

3）簡單實用的人機界面，降低了工人的工作強度，改善了工人的勞動條件。

參考文獻

[1] 蔣利軍，姜建國，付濤，等.加熱爐燃燒控制技術分析[J].山東冶金，2006（2）.

[2] 曹世海.加熱爐燃燒控制系統的幾項改進措施[J].冶金自動化，2002（4）.endprint

摘 要：該文通過對江蘇誠德鋼管廠φ18m環形爐儀表的介紹并結合現場生產的實際情況，論述了加熱爐控制系統的工作原理及儀表選型，反映出當今自動化技術的發展方向。

關鍵詞：環形加熱爐 燃燒控制系統 爐溫控制

中圖分類號：TG307 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0200-02

1 工藝流程描述

鋼坯經爐前夾料裝置送入環形爐內，通過爐底傳動設備，根據工藝要求的升溫曲線，經預熱段、加熱I段、加熱II段、均熱段四段的均勻加熱，通過出料夾鉗將加熱后的坯料送入出料輥道，經穿孔、均整、再加熱、定徑、酸洗等工藝程序，最終送入成品庫記錄。

2 控制系統

2.1 控制系統的設計

本加熱爐控制系統基于WINDOWS XP操作系統平臺，采用SIEMENS公司的S7-300控制系統配以ET-200M分布式I/O對整個系統進行數據的采集、狀態監視和過程控制。使用SIEMENS公司的STEP7 V5.5編程軟件，完成系統硬件組態及加熱爐應用程序的設計。采用WINCC 7.0上位軟件進行畫面制作，操作員通過這些畫面完成現場工藝參數和設備運行狀態的監視和操作。

2.2 環形爐檢測項目與報警、聯鎖項目簡介

本環形加熱爐分為預熱段、加熱I段、加熱II段和均熱段四段，燃料為天然氣。空氣經換熱器預熱進入爐膛，通過這種換熱方式，可以保持良好的工作狀況，節約熱能。天然氣總管上設切斷閥，正常工作時切斷閥打開，天然氣低壓、空氣低壓時切斷閥自動切斷。天然氣支管和空氣支管上設調節閥，自動或手動調節天然氣和空氣流量，以控制爐膛溫度。燃燒時空氣和天然氣流量應保持一定比例，稱為空燃比，以保證最佳燃燒效果?？杖急纫话阍O定在10.0左右。煙道上設置煙道閘板以調節爐膛壓力，保證爐膛壓力為微正壓（設定值在10Pa～15Pa之間）。熱空氣管道設熱風放散閥門，當熱風溫度過高（高于450℃）時，熱風放散閥門自動進行PID調節，降低熱風溫度保證后續設備的使用壽命。煙道處設摻冷風機與摻冷風閥門，當煙氣溫度過高，打開風機與閥門，為煙氣降溫以保護換熱器。

2.3 燃燒控制系統

環形爐燃燒系統采用連續雙交叉限幅燃燒控制方式。這種交叉式控制為國內環形爐比較常用的燃燒方式，通過這種燃燒方式，可以保持良好的工作狀況，節約熱能，穩定的控制爐溫，適應了誠德鋼廠高效率生產的要求。在環形爐操作過程中，爐溫是關系到成品質量的關鍵參數，科學的空燃比控制是關系到燃燒是否充分的重要參數?？杖急冗^高，鋼坯氧化嚴重，氧化皮層厚，影響成品產能，廢氣增多，熱量損失嚴重；空燃比過低，使燃氣不能完全燃燒，浪費了燃料并污染環境。采用雙交叉式限幅控制方式，即以爐膛溫度為主環，空燃氣交叉控制為副環的爐溫控制回路。爐溫低于設定值時，先增空氣流量后增加燃氣流量，爐溫高于設定值時，先減少燃氣流量后再減空氣流量，實現空氣、燃氣交叉控制。保證空燃比的合理性及爐膛溫度的可控性。下面將以預熱段為例，講述爐溫的具體控制過程，預熱段、加熱段與之相同。

預熱段爐溫控制系統包括爐膛溫度檢測與爐溫調節兩部分，預熱段的檢測與流程控制圖見圖1。

爐溫監測系統共設2支S型熱電偶檢測爐溫，其檢測參數可根據用戶需求選擇取高值、低值或平均值作為爐溫調節的被控變量，并保證其中一支熱電偶故障后自動換另一只作為被控參量。如檢測到2只熱電偶都有故障，程序自動使空氣閥門與燃氣閥門保持原位，并以閃爍文字形式提醒操作人員排除故障，保證生產繼續進行。

爐溫調節系統在預熱段的燃氣管道、空氣管道各安裝一臺流量孔板與一臺低負載氣動蝶閥，流量檢測參數作為副回路的被控參數，蝶閥作為執行器。當加熱爐正常生產時，控制器接收來自現場的預熱段的溫度值，通過用戶程序的PID運算及一系列邊界條件的處理輸出控制信號，控制空氣段管與燃氣段管上調節閥的開度改變該段空氣流量與天然氣流量，使之在合理的空燃比（10.0）范圍內充分燃燒。

2.4 PLC系統配置即網絡拓撲結構

PLC系統采用兩層網絡，分別為：上位操作站與PLC之間的通訊網及PLC與現場設備之間的現場設備網，兩層網絡均為總線型拓撲結構。其中控制網采用標準工業以太網；現場設備網采用Profibus-DP現場總線。

加熱爐儀控單獨采用一套PLC，傳動單獨采用一套PLC，兩套PLC之間通過工業以太網連接，傳輸介質為光纖。

儀控PLC下掛現場總線分布式I/O模塊，PLC及現場總線I/O模塊均采用德國SIEMENS公司的S7-300系列產品，現場總線分布式I/O模塊采用德國西門子公司的ET-200M系列產品?，F場總線網絡采用Profibus-DP協議。

2.5 控制系統的特點

1）先進的雙交叉燃燒控制系統完成對爐溫、空燃比的精確控制，從根本上提高了加熱爐的能源利用率，并保證了鋼坯加熱的質量；特別是對天然氣燃料的合理利用，大大降低了燒損；既滿足生產的需要，又減少了廢氣的排放，并有效的節約了能源；

2）現場儀表具有較高的精度和穩定性，為整個燃燒系統的可靠運行提供保障；

3）簡單實用的人機界面，降低了工人的工作強度，改善了工人的勞動條件。

參考文獻

[1] 蔣利軍，姜建國，付濤，等.加熱爐燃燒控制技術分析[J].山東冶金，2006（2）.

[2] 曹世海.加熱爐燃燒控制系統的幾項改進措施[J].冶金自動化，2002（4）.endprint