2011年第1期总第143期
金冶动力
METALLURGICAL POWER
1引言
节约加热炉的能耗、确保燃烧系统的最佳燃烧、延长
加热炉设备的寿命以及降低对环境的污染一直是工业加热炉控制研究领域内致力解决的问题。本文以某钢厂4300mm 宽厚板蓄热式加热炉为研究背景，结合生产工艺及过程控制的要求，阐述了蓄热式加热炉监控系统的总体设计、组成及系统软硬件的配置。实现了加热炉的炉温控制、炉压控制、定时和定温换向控制、汽包水位控制等主要工艺要求 2蓄热式加热炉工艺流程
从输送辊道送来的板坯经上料辊道称重、测长、
测宽到装炉辊道上，然后送至指定的加热炉装炉辊道上按照布料图进行定位，装钢机开始工作，先把板坯推正。然后确定炉内有足够空位后，装料炉门打开，上升托起板坯，将板坯送入炉内，炉内板坯之间间距为50mm 。然后装钢机下降将坯料放在炉内固
定梁上，装钢机下降到位后退回原位，装料炉门关闭。
在炉内进行加热的板坯通过双轮斜轨式步进梁的矩形运动从入炉侧送到出炉侧，板坯依次通过加热炉的第一加热段、第二加热段、第三加热段和均热段，并被充分加热。
3双交叉限幅控制的实现
加热炉生产控制过程中使空气和煤气保持一定
比例，是加热炉达到最佳燃烧的关键所在。当空气流
量过小时，空气过剩系数μ<1.0，由于此时燃料不能得到充分燃烧，致使热效率降低，同时造成烟囱冒黑烟，污染环境。相反，如果燃烧空气过多，多余的空气被加热后随着废气一同带走，造成热效率降低，而且造成钢坯表面过氧化。在上述两种情况之间存在一个热损失少和污染小、热效率最高的低氧燃烧区，这种状态使排烟量减少，火焰温度升高，并使高温区热效率提高，这就是最佳燃烧区。一般以煤气为燃料的燃烧系统最佳燃烧区的空气过剩系数μ在1.02~
蓄热式加热炉自动控制系统的设计
杨德春
（上海宝钢集团南京梅山冶金发展有限公司，江苏南京210041）
【摘要】蓄热式加热炉是热轧生产过程中一个重要的生产设备，其对板坯的加热质量直接影响到之后的各道工序。以某钢厂4300mm 宽厚板蓄热式加热炉为例，详细介绍了蓄热式加热炉监控系统的总体设计组成、系统硬件配置、双交叉限幅控制和软件设计方法。实践证明该系统运行稳定可靠，炉温控制过程稳定、均匀、精
度高。
【关键词】蓄热式加热炉；双交叉限幅控制;WINCC 组态【中图分类号】TK26
【文献标识码】B
【文章编号】1006-6764（2011）01-0075-03
Design of Automatic Control System of Regenerative Heating Furnace
YANG De-chun
(Nanjing Meishan Metallurgy Development Co.,Ltd.,Shanghai Baosteel Group Corporation,Nanjing,Jiangsu 210041,China)
【Abstract 】
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Regenerative heating furnace is one of the most important equipment in hot rolling production process.Its heating quality affects the production quality of following pro －cesses directly.Take for example the regenerative heating furnace of 4,300mm wide heavy plate in a steel plant,the general design,system hardware configuration ，dual cross-over am －plitude limit control and software design methods of the monitor system of the regenerative heating furnace are introduced in detail.The practice proves that the whole system is con －trollable and reliable.The furnace temperature control process is stable,even and precise.
【Key words 】regenerative heating furnace;dual cross -over amplitude limit control;WINCC configuration
机控网
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自动化
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冶METALLURGICAL POWER
TC F f C
F a C
O 2C
超声波打磨机
SP f
PV f
电梯运行检测平台MV t
Tg
Fuel LS 2HS 2
LS 1HS 1-a 2
+a 4+a 1
-a 3
SP a
r
1/r
LL
HL
Air Gas
PV a
τCMP
1.10之间，理想的燃烧过程应该是无论负荷稳定还是急剧变化的情况下都能在最佳燃烧区内进行。
因此在燃烧控制中对于每段炉温控制信号和每段空气流量、煤气流量采用双交叉限幅燃烧控制。当负荷发生变化时空气流量的变化与煤气流量的变化相互制约。并使空气流量和煤气流量在预先设定好的空燃比范围内变化。以保证调温过程的最佳燃烧 状态。双交叉限幅控制系统流程图图如图1所示(以一个段的控制为例)。它在串级控制的基础上，增加交叉限幅控制功能。煤气流量和空气流量与炉温调节构成串级控制系统，然后在空气流量调节回路和煤气流量调节回路各自设有一个高值选择器和低值选择器及一些运算单元。温度调节器输出作为煤气流量调节器和空气流量调节器的外给定值。
4系统硬件结构
本宽厚板蓄热式加热炉采用德国西门子公司的S7-400系列高性能PLC 和工控机组成先进、实用、可靠的自动控制系统。由一次仪表采集的各种过程变量送入PLC ，再由PLC 根据设定控制方式和控制目标值分别驱动相应的执行机构，调节过程变量，实现对各点的温度、压力、流量的调节控制。
L1控制系统设置6套PLC400-416分布系统，
两台加热炉汽化冷却系统用1套，每台加热炉燃烧系统各1套。电气控制系统炉外装出料辊道1套，加热炉本体传动各1套。各种模块类型I/O 通道富裕15％。系统采用PROFIBUS-DP 总线连接ET200站的形式，采用三台交换机环网连接，确保通讯安全性和可靠性。HMI(人机交互接口)采用高性能的研华工控机和一台小型IBM 服务器，以工业以太网方式通讯。控制系统结构图如图2。
图1双交叉限幅控制系统流程图
图2控制系统硬件结构图
1#仪表PLC 2#仪表PLC 气化汽化1#电气2#电气装出料辊
1#燃烧HMI
2#燃烧HMI
服务器
汽化冷却
燃烧公用加热炉工程
L2控制系统
L2服务器
L2操作站
L2工程师站
轧线操作室
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金
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5系统监控组态功能的实现
5.1系统监控组态的主要功能
（1）连续显示各个过程参数，如温度、压力、流量和液位等测量值。
（2）设置各种设定值，如软件控制器的设定值、操作方式、空燃比、热电偶选择和报警值的设定等。
（3）事件记录、报警、实时趋势和历史趋势显示。
（4）过程参数的实时趋势和历史趋势画面显示。
（5）流量值的积算、报表生成和画面打印。
5.2监控功能的实现方案
在系统设计上，吸取了国内外多家蓄热式加热炉控制系统的经验，在硬件配置上选用SIEMENS公司的S7-400系列PLC，采取集中控制方式和远程I/ O信号传输，保证了系统硬件的可靠性和安装维护的方便。在程序设计上，采用基于双交叉限幅燃烧控制方式的PID控制策略对整个系统进行设计，使上、下加热段和上、下均热段的温度控制偏差在±15℃内，加热炉燃烧处于最佳燃烧带。炉膛压力控制精度为±20Pa。取得了良好的控制效果。在监控组态上，充分利用SIEMENS公司组态软件WinCC的开放性和灵活多样性，对组态功能进行深入的开发，完善系统的控制功能，达到优化控制的目的。
6结束语
经过近半年的调试，系统运行基本正常。现场操作人员反映良好，安全联锁系统也满足工艺要求，为蓄热式加热炉的自动控制提供一定的理论基础和实际参考。
[参考文献]
[1]张志杰.加热炉控制系统的优化设计与应用[J].工业炉.2000.3
[2]王继烈，范功友.轧钢加热炉计算机控制的现状与发展趋势[J].山东冶金,1995.12
收稿日期：2010-10-28作者简介：杨德春(1980-),2000~2004年江西理工大学自动化专业本科毕业，学士学位，电气工程师,2007年~至今南京航空航天大学在职研究生，研究方向：控制工程。
时间进水浊度/NTU出水浊度/NTU进水压力/MPa出水压力/MPa
改进前（2006年）3月15日 6.7 5.10.220.16 3月16日 6.5 4.90.210.15 3月17日 6.8 5.30.230.17
改进后（2008年）3月20日 5.8 1.20.220.21 3月21日 5.6 1.10.220.20 3月22日 5.7 1.20.230.21
变径管
(上接第57页）4效果
以上措施的实施，既大大改进了超滤进水条件，又提高了超滤的化学清洗效果。
4.1纤维过滤器产水水质明显改善。通过改进杀菌剂投加位置、增加纤维过滤器氮气反洗、优化纤维过滤器反洗工艺等措施，提高了对微生物的去除能力，增强了反洗效果，改善了纤维过滤器运行工况，提高了产水水质，为超滤运行创造了条件。表1列出了改进前后同是在水质恶化情况下纤维过滤器运行参数对比，可以发现，改进后产水水质得到明显改善。
表1改进前后纤维过滤器运行参数对比
4.2超滤运行状况得到明显改善。通过强化化学反洗和化学清洗改进，即使在水质恶化的情况下，超滤也能维持较长时间（30天以上）的正常运行，跨膜压差和产水量没有发生迅速变化，而是缓慢变化。
5结束语
q1se
作为反渗透设备安全运行的保障，超滤装置的可靠运行发挥着至关重要的作用。通过不断摸索超滤运行规律，改进不合理设计，优化纤维过滤器和超滤装置运行控制，有效解决了受新水水质恶化等原因引起的超滤故障高发的问题。目前，超滤装置已连续运行已近6年，大大超过了设备厂家设定的3年的使用年限，节约设备更换费用50余万元。同时，也为反渗透设备的安全稳定运行创造了条件，延长了反渗透膜使用寿命。
收稿日期：2010-09-27作者简介：贾佑东（1970-），男，1993年毕业于武汉冶金建筑高等专科学校环境工程系给排水专业，给排水工程师，现从事技术及生产管理工作。
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