基于PLC的鋼廠熱連軋感應(yīng)加熱爐控制系統(tǒng)實現(xiàn)

彭建軍　謝麗君

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展，環(huán)境問題和能源問題也越來越嚴(yán)峻，在這種背景下，人們提出了節(jié)能技術(shù)。鋼廠是能源消耗比較大的企業(yè)之一，人們對鋼廠中的節(jié)能技術(shù)，提出了更高的要求。大功率感應(yīng)加熱爐技術(shù)在鋼廠的熱連札系統(tǒng)中，功率比較大的感應(yīng)加熱爐被廣泛的應(yīng)用，利用西門子生產(chǎn)的PLC，對感應(yīng)加熱爐進(jìn)行自動控制，以此來實現(xiàn)熱連札溫度的分布控制要求，達(dá)到鋼廠節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：PLC 鋼廠 熱連軋 感應(yīng)加熱爐 控制系統(tǒng)

中圖分類號：TH868 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0007-01

在鋼廠熱連軋的生產(chǎn)線中，使用感應(yīng)加熱爐來對鋼坯加熱，在很大程度上可以提高生產(chǎn)效率，并且還會減少對環(huán)境的污染以及節(jié)能降耗。因為在以往加熱過程中影響加熱效果的因素有很多，不能滿足實際需求。選擇PLC來作為控制器，再加上上位機(jī)組的監(jiān)控軟件，就能使加熱爐安全、穩(wěn)定的運(yùn)行加熱，還能對加熱過程進(jìn)行實時的監(jiān)控。

1 熱連軋加熱爐控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計研究

采樣輸入環(huán)節(jié)、PLC控制器、輸出執(zhí)行三個部分組成了這個控制系統(tǒng)硬件。對鋼坯的溫度進(jìn)行測量后輸入，對鋼坯移動的速度進(jìn)行測量后輸入，對加熱爐的電流和電壓以及頻率進(jìn)行測量后輸入，還有報警信息的輸入等一些輸入，構(gòu)成了系統(tǒng)的采樣、輸入部分[1]。

對鋼坯的溫度進(jìn)行測量時，可以安裝上三個測溫儀，Tmp1測溫儀是提前的測溫點，在距離入口比鋼坯長度稍微長一些的位置放置。這個測溫點是用來對鋼坯溫度的分布進(jìn)行掃描的；Tmp2測溫儀要在距離入口500毫米左右的位置放置，這個測溫點是對鋼坯進(jìn)入加熱爐時實際溫度進(jìn)行記錄的；Tmp3測溫儀要在距離出口500毫米左右的位置放置，這個測溫點是對鋼坯出加熱爐時的溫度分布進(jìn)行記錄的。通過對變頻器的頻率進(jìn)行測量，來實現(xiàn)對鋼坯移動速度的測量，主要是計算軌道滾軸轉(zhuǎn)速，來計算出鋼坯的行進(jìn)速度。通過一些變送器（電流、電壓以及頻率）來對電流、電壓和頻率進(jìn)行測量，通過現(xiàn)場強(qiáng)電的減少，也就減少了對控制信號的影響，使控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定的運(yùn)行。

一般情況下，控制系統(tǒng)的規(guī)模都較為精巧，選擇西門子PLCS7-200系列中的CPU226來作為控制器，再加上EM235一個和三個EM231。變量類型和分配主要分為：開關(guān)量輸人，主控八路保護(hù)信號，電源兩路狀態(tài)信號，外圍的設(shè)備四路保護(hù)信號，遠(yuǎn)程一路急停信號，一路高速的計數(shù)器，一共是十六路；開關(guān)量的輸出，遠(yuǎn)程繼電六路操作信號；模擬量的輸入，系統(tǒng)可選擇十六路，其中，十二路作為實用，四路作為備用（電壓、電流個兩路），在這當(dāng)中，六路0-10伏電壓信號，六路4-20毫安電流信號；模擬量的輸出，模擬輸出一路，把信號傳送到主控板上，主要是對PLC的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

輸出的執(zhí)行部分：一路模擬調(diào)壓的輸出信號以及六路遠(yuǎn)程的繼電操作信號。繼電器閉合過程，就能夠使主控和動力電源啟動，模擬的輸出信號一路，來對輸出電壓進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。

2 熱連軋加熱爐控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計

2.1 熱連軋加熱爐控制系統(tǒng)中的控制方式

對鋼坯入爐前的溫度分布進(jìn)行實際測量，鋼坯溫度頭低尾高，還會受到氧化層的影響，所以，測試溫度存在跳變，通過濾波來處理采集后的溫度。鋼坯在爐內(nèi)的加熱效果和其進(jìn)人體積有關(guān)系。鋼坯行進(jìn)過程分為三個階段，所以，把加熱過程分為：首先，鋼坯的頭部從進(jìn)到出過程，爐內(nèi)從無鋼坯到滿爐的連續(xù)狀態(tài)，空載逐漸變成滿載；然后，爐膛內(nèi)充滿鋼坯的過程，整個過程是勻速且連續(xù)的，加熱爐滿；最后，鋼坯尾部從進(jìn)到出，加熱爐內(nèi)從滿爐坯到無剛的狀態(tài)，從滿載到空載。

2.2 控制方案

根據(jù)機(jī)理來建模和實驗數(shù)據(jù)的分析，可得到模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中Tmp2是鋼坯人爐時的溫度分布，Tmp3是鋼坯出爐時的溫度分布，Spd是鋼坯的移動速度，Iout是輸出電流，Vout是輸出電壓，VGD是電壓的設(shè)定值，GI（S）是愉出電流的傳遞函數(shù)，Gc（S）是電壓控制器，Gd（S）是驅(qū)動特性函數(shù)，Go（S）是溫度特性函數(shù)，Ge（S）是優(yōu)化電業(yè)的設(shè)定曲線。

2.3 輸出電壓控制器的實現(xiàn)

控制系統(tǒng)在實施的過程中，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行初步分析，可以得到Gd（S）和一個一階的對象模型比較相似，所以，用PID控制器來作為輸出電壓控制器。

2.4 實際運(yùn)行的效果

在控制系統(tǒng)設(shè)計以及實驗后，經(jīng)過現(xiàn)場的安裝和調(diào)試，在無錫華冶工業(yè)爐科技有限公司正式運(yùn)行。經(jīng)加熱爐加熱后，鋼坯的溫度都在1100攝氏度左右。通過實際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，鋼坯入爐前溫度分布的越均勻，在其進(jìn)入加熱爐后，整體的加熱效果就越好。

3 結(jié)語

經(jīng)上述分析得出，在大功率熱連軋感應(yīng)加熱爐的控制系統(tǒng)中，選擇PLC為其核心控制器，能夠?qū)B軋鋼坯升溫過程進(jìn)行有效掌控，同時，通過現(xiàn)場的應(yīng)用可以證明，這種技術(shù)的應(yīng)用，可以使系統(tǒng)節(jié)能降耗。

參考文獻(xiàn)

[1]陳張平，史興盛，孔亞廣，等.基于PLC的鋼廠熱連軋感應(yīng)加熱爐控制系統(tǒng)實現(xiàn)[J].化工自動化及儀表，2012，39（11）：1479-1481，1499.