喀鋼雙蓄熱推鋼式加熱爐自適應控制系統的研究與應用

摘 要：本項目為山鋼集團新疆喀什鋼鐵業結構調整產業升級項目軋鋼工程年產100 萬噸棒材生產線所配置的一座額定產量為冷裝150t/h 的燃高爐煤氣空煤氣雙蓄熱推鋼式加熱爐。采用爐膛微正壓控制；采用二次優化、前饋控制等進行自適應自動燃燒控制；通過溫度自整定控制、故障自切除控制、時間錯時控制等進行分段、自優化換向控制；采用爐內自動鋼坯定位、鋼坯跟蹤、步距自修正等技術實現進出鋼系統的自動控制；通過不斷滾動優化，實現整個加熱爐控制系統功能實時最佳。

關鍵詞：雙蓄熱； 加熱爐； 控制系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.036

1 喀鋼雙蓄熱推鋼式加熱爐自適應控制系統

1.1 系統硬件配置

喀鋼雙蓄熱推鋼式加熱爐自適應控制系統設置有氣化冷卻、儀控、電控等硬件結構，各硬件設備依靠工業網絡實現信息互通。傳統設備同各大硬件的信息交互由傳統變頻器、P網絡實現。圖1為自適系統網絡結構圖。

1.2 軟件配置

喀鋼雙蓄熱推鋼式加熱爐自適應控制系統要求儀控與電控系統之間、電控與傳動系統之間必須實現信息的高速傳送，以實現重要數據信息的實時共享和設備的準確控制，同時儀控系統大量的數據運算和電控系統復雜的邏輯控制也要求系統的邏輯處理能力和數據運算能力必須強大，因此在控制系統的選型上采用西門子公司的高性能S7-400 PLC作為主控制器，采用PROFIBUS電纜掛接ET200M遠程站實現對現場I/O信號的采集，采用西門子公司WINCC6.2監控軟件作為監控站軟件開發平臺。以工業以太網作為控制系統的主網絡。

2 關鍵技術

2.1 帶動態響應的雙交叉限幅控制

串級比值調節法頻繁應用于燃燒控制系統，該操作方式并不設定空氣流量，而是從溫度調調節器輸出獲得。在調節控制煤氣流量時，以空氣流量同空燃比的比值作為給定數據。穩定條件下，空氣實際流量改變也將引起煤氣量變動，且空燃比是固定的；動態環境下，空氣量的變動會引起不固定空燃比煤氣量的變動。可見，常規系統還有不足。

設計交叉限幅控制，提供系統水平：若降溫，煤氣第一；若升溫，空氣第一。交叉限幅法對各種狀態下的空氣量、煤氣量比值有很大的控制力度，空燃比較佳。另外，排除了缺氧燃燒、過氧燃燒的情況，對空氣環境的保護力度得到了提高。觀察圖4發現，無論是降溫條件下的煤氣先行，還是升溫狀態下的空氣先行，都可以依靠高低選擇器實現自動化的調節，且反饋速度非常準確。

2.2 爐壓前饋控制

反饋控制法在爐壓控制操作中應用得較為頻繁。控制系統并不能自動檢測，而是需要在爐壓出現波動時進行檢測，并控制。可見控制措施不及時。若引入爐壓前饋控制，則能提高控制實踐，穩定爐壓。在前饋爐壓計算中，引入了新的參數-空氣流量，避免了爐壓控制滯后情形。

在原來，爐壓的波動可能引起冒火、吸冷風的出現，并增加爐膛壓力值。引入爐壓前饋控制法，對上述兩種缺陷都可以顯著克服，并實現煤氣節約、氧化燒損頻率降低的目的。這對生產安全具有顯著意義。

2.3 程序升溫控制

烘爐操作中，爐膛內的溫度上升速度較慢。同時，傳統溫控措施反應速度慢，各項參數控制部穩定。為實現持續性控制，確保爐溫的穩定，在本次設計中，引入了程序升溫元件。系統程序能夠對各加熱程序自動設定，如，預熱、加熱時間，溫度提升比值等。若設定為“加熱模式”，則其它模式也會自行開展控制操作，程序升溫可以有效的進行溫度控制。

2.4 鋼坯推動技術

本項目采用的推鋼式加熱爐，鋼坯的入爐和出爐都是基于它來實現的。推鋼機在接收要鋼信號之后，會通過爐前上料輥道將6根1組的鋼坯運送至爐前滑軌，之后，再同爐內鋼坯的尾部保持連接，進而完成相關的料位操作。在完成第1此出鋼后，要鋼信號會持續發送，此時，推鋼機會保留“1根料位的距離”為接下來的推鋼做好準備。本次推鋼次數為6次一個程序，操作具有重復性。完成一個程序后，推鋼機會復位，再次接收信號推鋼。

3 結束語

加熱爐作為喀鋼軋線生產線的源頭，對整個生產線產能的提升起著至關重要的作用。為了保證加熱爐投產運行的穩定可靠，最終達到提升生產線產能的目的，采用高性能的控制設備以及開發功能強大、完備的控制軟件有著極為重要的意義。加熱爐的設備實現自動控制，對生產工藝和參數實現自動監控和調整，對生產的全過程進行跟蹤都具有十分積極的意義。

參考文獻：

[1]鄭文波.控制網絡技術的發展[J].工業控制計算機，1999，12（05）：1-4.

[2]譚威.基于PLC的工業控制系統的設計與實現[D].武漢：華中科技大學，2007：25-27.

作者簡介：孫英姿（1983-），女，山東萊陽人，本科，工程師。