【正文】 1 過程控制課程設(shè)計 報告 (步進(jìn) 式加熱爐 ) 姓名 :王敏 班級 :儀 1042 學(xué)號 :101844081 專業(yè) :測控技術(shù)與儀器 日期 :202016 2 目錄 一、 設(shè)計目標(biāo) 二、 主要工作內(nèi)容及要求 三、 步進(jìn)式 加熱爐工藝流程及控制簡介 四、 PLC 系統(tǒng)硬件選型與系統(tǒng)連接 五、煤氣 /空氣流量控制、加熱爐的爐溫控制、爐壓控制技術(shù)方 案 煤氣 /空氣流量控制 系統(tǒng)設(shè)計 爐溫的控制系統(tǒng)設(shè)計 爐膛壓力的控制系統(tǒng)設(shè)計 六 、 步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件系統(tǒng)介紹 步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)的 監(jiān)控顯示畫面 系統(tǒng)流程圖 七、附錄 附錄 A 附錄 B 八 、設(shè)計總結(jié) 3 一、 設(shè)計目標(biāo) 以鋼鐵企業(yè)常見的“步進(jìn)梁式加熱爐”為對象，采用 PLC 為控制系統(tǒng)硬件，圍繞工藝要求，完成控制系統(tǒng)方案設(shè)計。 二、 主要工作內(nèi)容及要求 （ 1）通過查閱文獻(xiàn)，了解步進(jìn)式加熱爐工藝流程。 （ 2）了解對步進(jìn)式加熱爐的爐溫控制、煤氣 /空氣流量控制、爐壓控制等功能，完成控制方案設(shè)計。 （ 3）了解常見的 PLC 系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)軟件及應(yīng)用，完成加熱爐自動控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、硬件選擇設(shè)計及組態(tài)畫面設(shè)計。 三、 加熱爐工藝流程及控制簡介 （ 1）步進(jìn)梁式爐為兩面供熱步進(jìn)式爐，活動梁和固定梁上都安設(shè)有能將鋼壞架空的爐底水管。在鋼壞的上部爐膛和下部爐膛都設(shè)置燒嘴，因此爐底強度較高，適用于產(chǎn) 量很高的板壞或帶鋼軋前加熱。 在鋼鐵企業(yè)中，軋鋼系統(tǒng)的各種加熱爐是能源消耗大戶，如何在滿足軋機對鋼坯溫度性能要求的情況下，最大限度地提高加熱爐的熱效率，降低能源消耗，這是當(dāng)前加熱爐專業(yè)及加熱爐控制專業(yè)的一個共同課題。 國內(nèi)某鋼鐵公司的步進(jìn)式加熱爐主要用來給 碳素結(jié)構(gòu)鋼 加熱，爐子全長 56740mm，有效爐長為 50000mm，爐寬 12600mm， 最大產(chǎn)量 400t/h(最長板坯、冷裝料 )，步進(jìn)梁的步距為 200/500mm， 步進(jìn)周期 為 45s。 燃料為 混合煤氣 ， 板坯加熱溫度 可達(dá) 1250℃ 。 一般情況下，加熱爐 沿爐膛長度方 向分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段 。 進(jìn)料端為預(yù)熱段，爐 氣 溫 度 較低 ， 其作用在于 充分 利用爐氣熱量， 給進(jìn)爐板坯預(yù)熱到一定溫度， 以提高爐子的熱效率。加熱段為 主要 供熱段，爐氣溫度較高，以利于實現(xiàn) 板坯的 快速加熱 ，保證板坯加熱到要求的目標(biāo)溫度 。均熱段位于出料端，爐氣溫度與金屬料溫度差別很小，保證出爐料坯的斷面溫度均勻。 一般 用于加熱小斷面料坯的爐子只有預(yù)熱段和加熱段。 關(guān)于加熱工藝，爐子被劃分成“區(qū)”。這些區(qū)如下： 1 個換熱區(qū) ； 7個頂部區(qū)：頂部區(qū)（區(qū) 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13） ； 7 個底部區(qū)：底部區(qū)（區(qū) 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14） 概觀 如圖 1。 圖一 4 圖 1 回?zé)崾綗峤粨Q器和空氣溫度 如 圖 2 圖 2 底部區(qū) 如 圖 3 圖 3 鋼 坯加熱是熱軋生產(chǎn)工藝過程中的重要工序。其 生產(chǎn)過程如下： 對于步進(jìn)式加熱爐，鋼 5 坯的移動是通過固定梁和移動梁的周期運動來實現(xiàn)的。鋼坯位于固定梁上，移動梁反復(fù)地進(jìn)行上升、前進(jìn)、下降、后退的矩形運動，移動梁的每一個循環(huán)運動帶動鋼坯在爐前進(jìn)一步，而且保證鋼坯沒有任何滑動。傳動機構(gòu)的上下運動和前后運動分別是由獨立的機構(gòu)完成的。步進(jìn)梁的進(jìn)后運動多采用油壓傳動方式，上下運動可以采用油壓傳動也可以采用電動方式。鋼坯 被送到加熱 爐外的上料輥道上 ， 經(jīng)過測長后，從裝料爐門 進(jìn)入爐內(nèi)，然后在爐內(nèi)懸臂輥道上進(jìn)行對中定位，通過移動梁步進(jìn)機械 的 周期運動，一步步地 前進(jìn) 。當(dāng)鋼坯 被 輸送到 出爐位置，且已達(dá) 到 所要求的 出爐溫度， 當(dāng) 接到允許出鋼信號時， 鋼坯加熱結(jié)束，由 出料懸臂輥道從出料爐門送出，送往軋機進(jìn)行軋制。 （ 2）加熱爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 加熱爐自動化控制系統(tǒng) 分為現(xiàn)場設(shè)備 (L0)、 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng) (L1)、過程控制 計算機系統(tǒng) (L2)三部分，如圖 4 圖 4 （ 3） 加熱爐燃燒控制系統(tǒng)由許多模塊組成，實現(xiàn)了鋼坯加熱過程中有關(guān)參數(shù)測控和管理的集中化。整個燃燒控制系統(tǒng)分為以下模塊：爐溫選擇控制、煤氣 /空氣燃燒控制、爐壓控制 等。 6 四、 PLC 系統(tǒng)硬件選型與系統(tǒng)連接 控制器的選擇 控制器是常規(guī)儀表控制系統(tǒng)中的核心環(huán)節(jié)。擔(dān)負(fù)著整個控制系統(tǒng)的“指揮”工作，正確地選用控制器，可以大大改善和提高整個過程控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。該控制系統(tǒng)包含流量、溫度和壓力三種控制器，所以必須根據(jù)實際的工藝要求選擇合適的控制器。 控制規(guī)律的選擇 控制器主要有三種控制規(guī)律：比例控制規(guī)律、比例積分控制規(guī)律、比例積分微分控制規(guī)律，分別簡寫為 P、 PI和 PID。 比例控制規(guī)律（ P）的特點是：控制器的輸出信號與輸入信號 (偏差 )成比例，即閥門的開度變化與偏差變化 有對應(yīng)關(guān)系。它能較快地克服擾動的影響， 過渡過程時間短。但是，純比例控制器在過渡過程結(jié)束后仍然存在余差， 而且負(fù)荷變化越大，余差也越大。只具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器。比例控制規(guī)律是最基本的控制規(guī)律，它既可以單獨采用，又可以與其他控制規(guī)律結(jié)合在一起用，具有結(jié)構(gòu)簡單，整定方便的優(yōu)點。比例控制器適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要求不高、被控變量允許在一定范圍內(nèi)有余差的場合。例如，一般的 精餾 塔塔底液面、貯槽液面、冷凝器液面和次要的蒸汽壓力控制系統(tǒng)，均可采用比例控制器。 比例積分控制規(guī)律 (PI)的特 點是：控制器的輸出不僅與偏差的大小成比例，而且與偏差存在一定的函數(shù)關(guān)系。具有比例積分控制規(guī)律的控制器稱為比例積分控制器 ， 比例積分控制規(guī)律是一種應(yīng)用最為廣泛的控制規(guī)律。它適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控變量又不允許有余差的場合。例如，流量控制系統(tǒng)、管道壓力控制系統(tǒng)和某些要求嚴(yán)格的液位控制系統(tǒng)普遍采用比例積分控制器。 比例積分微分控制規(guī)律 (PID)的特點是：在增加了微分作用后，控制器的輸出不僅與偏差的大小和存在的時間有關(guān)，而且還與偏差的變化速度成比例，這就可以對系統(tǒng)小的容量滯后起到超前補償作用，并且對 積分作用造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定 7 性也有所改善。把具有比例、積分、微分控制規(guī)律的控制器稱為 PID 控制器，又稱三作用控制器，比例積分微分控制規(guī)律綜合了多種控制規(guī)律的優(yōu)點，是一種比較理想的控制規(guī)律。適合于調(diào)節(jié)通道時間或容量滯后較大、負(fù)荷變化大、對控制質(zhì)量要求較高的場合。目前用較多的是溫度控制系統(tǒng)。 根據(jù)工藝的要求和控制規(guī)律的特點，從串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看 ,主環(huán)是一個定值系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用。溫度是主變量，為了主變量的穩(wěn)定，主控制器必須具有積分作用， 它 的控制通道時間或容量滯后較大、負(fù)荷變化大、對控制質(zhì)量要求較高， 在 這種情況下，為保證主變量的控制精度， 故溫度控制器應(yīng)選用比例積分微分控制規(guī)律 (PID)。然而副環(huán)是一個隨動系統(tǒng)，它的給定值隨主控制器輸出的變化而變化，為了能快速、 精確地跟隨主控制器的輸出而變化 ，副控器最好不帶積分作用，因為積分作用會使跟蹤變得緩慢，當(dāng)選流量作為副參數(shù)時，為保穩(wěn)定， P 較大，可引入積分，即采用 PI，以增強控制作用；副控制器的微分作用也是不需要的