【正文】 .................................................. 22 編程軟件 step7 簡介 ..................................................................................... 24 梯形圖編程語言簡介 ......................................................................... 25 梯形圖控制語言編程 的步驟及實(shí)現(xiàn)的功能 ..................................... 25 軟件編程 ........................................................................................................ 26 軟件流程圖 ......................................................................................... 26 PLC 的 I/O 地址分配 ......................................................................... 28 調(diào)試 ................................................................................................................ 29 第五章 總結(jié) ................................................................................................................ 30 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 31 附錄：源程序 ............................................................................................................ 33 致謝 ............................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 1 第一章 引言 步進(jìn)式加熱爐概述 步進(jìn)式加熱爐的發(fā)展 現(xiàn)代化的高產(chǎn)量熱軋板帶軋機(jī)，由于對軋制鋼板的厚度尺寸公差、鋼板表面質(zhì)量和板型控制的要求日益嚴(yán)格，因而對鋼坯加熱溫度均勻性和熱板坯表面的質(zhì)量要求也不斷高。加熱爐 是熱軋帶鋼軋機(jī)必須配備的熱處理設(shè)備。隨著工業(yè)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的熱連軋機(jī)應(yīng)該配置大型化的、高度自動化的步進(jìn)梁式加熱爐，其生產(chǎn)應(yīng)符合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以及生產(chǎn)操作自動化的工藝要求，以提高其產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力 [1,2]。 我國軋鋼工業(yè)的加熱爐有推鋼式爐和步進(jìn)式爐兩種。推鋼式爐有長度短、產(chǎn)量低，燒損大，操作不當(dāng)時會粘鋼，鋼坯斷面溫差較大，板坯背面滑軌擦痕多，難以實(shí)現(xiàn)管理自動化等難以克服的缺點(diǎn)，而步進(jìn)梁式加熱爐是靠專用的步進(jìn)機(jī)構(gòu)，在爐內(nèi)做矩形運(yùn)動來移送板坯，板坯之間可以留出空隙， 板坯和步進(jìn)梁之間沒有摩擦，出爐板坯通過托出裝置出爐，完全消除了滑軌擦痕，又有適合加熱斷面較大的坯料、鋼坯加熱斷面溫差小、加熱均勻以及可出空爐料，爐長不受限制，產(chǎn)量高，生產(chǎn)操作靈活等特點(diǎn)，其生產(chǎn)符合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以及生產(chǎn)操作自動化的工藝要求 [3]。 從 60 年代開始，一些發(fā)達(dá)國家就開始對工業(yè)進(jìn)行改造，除組織合理化以外，主要是靠技術(shù)進(jìn)步，即新設(shè)備、新工藝和自動化技術(shù)及計算機(jī)應(yīng)用，從而使工業(yè)飛速發(fā)展，而且是朝高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多品種和節(jié)能降耗方向發(fā)展。由于自動化及計算機(jī)應(yīng)用不僅節(jié)省人力，更重要的是能把工藝 參數(shù)嚴(yán)格控制在規(guī)定值范圍之內(nèi)監(jiān)控生產(chǎn)過程，甚至于自尋最優(yōu)而使工藝過程優(yōu)化，所以能達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能降耗以及降低成本。自動化及計算機(jī)應(yīng)用不僅是工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志，而且是生產(chǎn)必需和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此世界各國都努力發(fā)展工業(yè)自動化。加熱爐采用計算機(jī)控制系統(tǒng)，一般能節(jié)能 5%左右，減少氧化燒損%左右，在頻繁改變生產(chǎn)計劃、坯料鋼種和規(guī)格的情況下，其節(jié)能和減少板坯氧化燒損的效果將更加顯著。 我國在 70— 80 年代建的軋鋼生產(chǎn)線大多存在能耗高、產(chǎn)量低、產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)自動化水平低等問題。 1979 年 12 月召開的全國軋鋼會議， 對我國軋鋼工業(yè)現(xiàn)狀及其以后發(fā)展方向進(jìn)行了全面深入的討論，提出應(yīng)用連鑄逐步代替初軋，用連續(xù)式冷熱寬帶鋼內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 2 軋機(jī)代替勞特式中板軋機(jī)和迭軋薄板軋機(jī)，用冷軋硅鋼片代替熱軋硅鋼片，用連續(xù)式棒材、型材軋機(jī)代替橫列式軋機(jī)，用步進(jìn)式加熱爐代替推鋼式加熱爐等等。 我國軋機(jī)在裝備水平上與國外的差距一是規(guī)模小，裝機(jī)水平低；二是我國的軋機(jī)加熱爐大多是推鋼式加熱爐，小時產(chǎn)量為 60— 80 噸 /時，國外發(fā)達(dá)國家基本是采用步進(jìn)式加熱爐，加熱能力為 250 噸 /時。 80 年代后期開始我國各大鋼鐵公司相繼引進(jìn)或改建成了具有國際水平的全連續(xù)、全自動化步進(jìn)式 加熱爐。這種生產(chǎn)線都具有以下特點(diǎn)： （ 1）生產(chǎn)能耗大幅度降低，從煉鋼連鑄后開始全連續(xù)的直接生產(chǎn)。 （ 2）產(chǎn)量大幅度提高，現(xiàn)在都在 100 萬噸 /年以上。 （ 3）生產(chǎn)自動化水平非常高，原加熱爐的控制系統(tǒng)大多是單回路儀表和繼電邏輯控制系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)也大多是模擬量控制式的供電裝置，現(xiàn)在的加熱爐的控制系統(tǒng)都是PLC 或 DCS 系統(tǒng)，而且大多還具有二級過程控制系統(tǒng)和三級生產(chǎn)管理系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)都是全數(shù)字化的直流或交流供電裝置。 步進(jìn)式加熱爐特點(diǎn) 步進(jìn)式爐是借機(jī)械將爐內(nèi)鋼坯托著一步一步前進(jìn)，因此 鋼坯與鋼坯 還不必緊挨著 ，其間距可根據(jù)需要加以改變。 原始的步進(jìn)式爐只用于加熱推鋼機(jī)無法推進(jìn)的落板坯或異形坯，隨著軋機(jī)的大型化和連續(xù)化，推鋼式爐已不能滿足軋機(jī)產(chǎn)量和質(zhì)量的要求。在這種情況下，近十年來造價較高的步進(jìn)式爐得到了快速發(fā)展，其結(jié)構(gòu)也日趨完善。 步進(jìn)式爐具有以下特點(diǎn)：（ 1）爐子長度不受鋼坯厚度的限制，不會拱鋼，爐子可以建得很長，目前有些爐子已接近 60 米長，一個步進(jìn)式爐可以代替 — 2 個推鋼式爐。（ 2）操作上靈活性較大，可以通過改變裝料間隙調(diào)節(jié)鋼坯加熱時間，且更換品種方便。（ 3）爐內(nèi)鋼料易于清空，減少停爐時清除爐內(nèi)鋼料的時 間。（ 4）鋼坯在爐內(nèi)不與水管摩擦，不會造成通過軋制還不能消除的傷痕。（ 5）水管黑印小，即能得到尺寸準(zhǔn)確的軋材。（ 6）兩面加熱步進(jìn)式爐可以不要實(shí)底均熱段，因此加熱能力比推鋼式爐稍大。（ 7）沒有出料滑坡，減少了由于滑坡高差作用而吸入爐內(nèi)的冷空氣。（ 8）鋼坯有側(cè)面加熱，這樣可實(shí)現(xiàn)三面或四面加熱，因此加熱時間短，鋼坯氧化少。 (9)生產(chǎn)能耗大幅度降低 ,從煉鋼連鑄后開始全連續(xù)的直接生產(chǎn)。 (10)產(chǎn)量大幅度提高 ,在 100* 410 t/a 以上。 (11)生產(chǎn)自動化水平非常高，原加熱爐的控 制系統(tǒng)大都是單回路儀表和繼電器邏輯控制系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)也大多是模擬量控制式供電裝置，現(xiàn)在的加熱爐的控制系統(tǒng)大多數(shù)都具有內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 3 二級過程控制系統(tǒng)和三級生產(chǎn)管理系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)都是全數(shù)字化的直流或交流供電裝置。 步進(jìn)式爐的缺點(diǎn)是爐底機(jī)械設(shè)備龐大，維護(hù)和檢修都較復(fù)雜，爐子造價太高。兩面供熱的步進(jìn)式爐爐底水管較多，熱損失大。單面供熱的步進(jìn)式爐雖然無水冷熱損失，但產(chǎn)量較低。因此，盡管步進(jìn)式爐有很多優(yōu)點(diǎn)，僅由于它造價太高，目前在中小型廠全面推廣還不適宜。 [4] 脈沖燃燒 簡介 加熱爐 的燃燒控制水平直接影響到生產(chǎn)的各項指標(biāo)，例如 ：產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗等。目前國內(nèi)的 加熱 爐一般都采用連續(xù)燃燒控制的形式，即通過控制燃料、助燃空氣流量的大小來使?fàn)t內(nèi)的溫度、燃燒氣氛達(dá)到工藝要求。由于這種連續(xù)燃燒控制的方式往往受到燃料流量的調(diào)節(jié)和測量等環(huán)節(jié)的制約，所以目前大多數(shù)工業(yè)爐的控制效果不佳。隨著工業(yè)爐工業(yè)的迅猛發(fā)展，脈沖式燃燒控制技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，并在國內(nèi)外得到一定程度的應(yīng)用，取得了良好的使用效果。 [5][6] 加熱爐采取脈沖燃燒的必要性 目前高檔工業(yè)產(chǎn)品對爐內(nèi)溫度場的均勻性要求較高，對燃燒氣氛的穩(wěn)定可控性要求較高，使用傳統(tǒng)的連續(xù)燃燒控制無法實(shí) 現(xiàn)。隨著寬斷面、大容量的工業(yè)爐的出現(xiàn)，必須采用脈沖燃燒控制技術(shù)才能控制爐內(nèi)溫度場的均勻性。 脈沖燃燒控制的原理和優(yōu)勢 故名思義，脈沖燃燒控制采用的是一種間斷燃燒的方式，使用脈寬調(diào)制技術(shù)，通過調(diào)節(jié)燃燒時間的占空比（通斷比）實(shí)現(xiàn)窯爐的溫度控制。燃料流量可通過壓力調(diào)整預(yù)先設(shè)定，燒嘴一旦工作，就處于滿負(fù)荷狀態(tài)，保證燒嘴燃燒時的燃?xì)獬隹谒俣炔蛔?。?dāng)需要升溫時，燒嘴燃燒時間加長，間斷時間減??；需要降溫時，燒嘴燃燒時間減小，間斷時間加長?？刂茍D見圖 1。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 4 空氣燃?xì)饧訜釥t熱電偶執(zhí)行器控制器控制器燃燒器 圖 加熱爐 脈沖燃燒溫度控制示意圖 脈沖燃燒控制的主要優(yōu)點(diǎn)為 ： 1）改善爐溫的均勻性。由于每個燒嘴在燃燒時都是在高燃燒能力下工作，燒嘴出口氣流速度高，爐氣循環(huán)強(qiáng)烈，避免了局部高溫的出現(xiàn)，因而改善了爐溫均勻性 。使鋼坯加熱均勻，受熱效果好，提高產(chǎn)品品質(zhì)。 2）節(jié)能。由于強(qiáng)化了爐氣循環(huán)，縮短了加熱時間，必然導(dǎo)致能耗的降低。 3） 保證控制系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài)。摒棄了連續(xù)量調(diào)節(jié)方式中閥門動作頻繁、死區(qū)大的缺點(diǎn)，可以使燒嘴始終工作在最佳狀態(tài)燃燒。 4）控制回路取消流量測量回路和調(diào)節(jié)回路，溫度控制回路調(diào) 整容易和設(shè)置 5） 可以降低了煙氣中 NOx 的排放量減少對空氣的污染 普通燒嘴的調(diào)節(jié)比一般為 1： 3 左右，當(dāng)燒嘴在滿負(fù)荷工作時，燃?xì)饬魉?、火焰形狀、熱效率均可達(dá)到最佳狀態(tài)，但當(dāng)燒嘴流量接近其最小流量時，熱負(fù)荷最小，燃?xì)饬魉俅蟠蠼档停鹧嫘螤钸_(dá)不到要求，熱效率急劇下降，高速燒嘴工作在滿負(fù)荷流量 50%以下時，上述各項指標(biāo)距設(shè)計要求就有了較大的差距。脈沖燃燒則不然，無論在何種情況下，燒嘴只有兩種工作狀態(tài)，一種是滿負(fù)荷工作，另一種是不工作，只是通過調(diào)整兩種狀態(tài)的時間比進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，所以采用脈沖燃燒可彌補(bǔ)燒嘴調(diào)節(jié)比低的缺 陷，需要低溫控制時仍能保證燒嘴工作在最佳燃燒狀態(tài)。在使用高速燒嘴時，燃?xì)鈬姵鏊俣瓤?，使周圍形成?fù)壓，將 爐 內(nèi)煙氣吸人主燃?xì)鈨?nèi)，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌希娱L了煙氣在 爐 內(nèi)的滯流時間，增加了煙氣與制品的接觸時間，從而提高了對流傳熱效率，另外， 爐 內(nèi)煙氣與內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 5 燃?xì)獬浞謹(jǐn)嚢杌旌希谷細(xì)鉁囟扰c 爐 內(nèi)煙氣溫度接近，提高 爐 內(nèi)溫度場的均勻性，減少高溫燃?xì)鈱Ρ患訜狍w的直接熱沖擊。 與連續(xù)燃燒控制相比，脈沖燃燒控制系統(tǒng)中參與控制的儀表大大減少，僅有溫度傳感器、控制器和執(zhí)行器，省略了大量價格昂貴的流量、壓力檢測控制機(jī)構(gòu)。并且，由于只需要兩位式開 關(guān)控制，執(zhí)行器也由原來的氣動（電動）閥門變?yōu)殡姶砰y門，增加了系統(tǒng)的可靠性，大大降低了系統(tǒng)造價。 步進(jìn)式加熱爐 關(guān)鍵 控制 對象 l)對加熱爐的爐膛溫度控制，這是最重要的。對于不同材質(zhì)的鋼坯必須按照不同的升溫曲線進(jìn)行鋼坯的烘烤。因為如果溫度過低，達(dá)不到軋制工藝的質(zhì)量要求，溫度過高則也會帶來一些不良的后果，如鋼過熱時鋼的品粒增大，使鋼的機(jī)械性能下降，加工時容易產(chǎn)生裂紋等。 2)對爐壓的控制，必須保證爐膛壓力為微正壓。如果壓力過高，則會在爐蓋縫隙中竄火，不僅浪費(fèi)能源，而且易燒壞爐蓋和沙封刀。如果壓力過低，則會在 爐子縫隙處吸入大量的冷空氣，這必然降低爐溫，又使加熱時間延長，浪費(fèi)了大量的能源。 如何解決上述幾個關(guān)鍵問題影響到脈沖燃燒步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)控制效果的好壞 。 課題研究的主要工作及意義 課題的意義 加熱爐作為鋼鐵工業(yè)軋鋼生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備和耗能設(shè)備，鋼坯溫度控制和過程自動化控制水平直接影響到能耗、燒損率、廢鋼率、產(chǎn)量、量等指標(biāo)。軋鋼工業(yè)現(xiàn)場煤氣流量和熱值波動，鋼坯的型號和入爐溫度動等因素給加熱爐動態(tài)控制帶來很大困難。針對具有高度復(fù)雜性的加熱燃燒過程，基于精確數(shù)學(xué)模型的控制方法在應(yīng)用上受到很大限制 ，傳統(tǒng) PID 控制不能適應(yīng)多變的加熱爐工況，難以滿足溫度控制精度和升溫實(shí)性要求。 通過對加熱爐燃燒過程控制技術(shù)的研究，可以有效解決具有非性、強(qiáng)禍合、不確定性、高度復(fù)雜的工業(yè)過程控制問題。我國冶金工業(yè)有大量的加熱爐，運(yùn)用脈沖式燃燒技術(shù)輔以全自動控制系統(tǒng)，在節(jié)能降方面潛力巨大。本文提出的控制方案雖然與實(shí)際控制有很大的差距，并且在控制上比較粗糙，但脈沖式燃燒加熱爐具有廣闊的市場應(yīng)用前景。對本人在以后的學(xué)習(xí)中加對熱爐控制系統(tǒng)深入的應(yīng)用研究起到較大的推動作用。 本文的主要工作 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 6 本文以脈沖燃燒步進(jìn)式加熱 爐的控制系統(tǒng)設(shè)計為背景，根