【正文】 、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無(wú)公害以及生產(chǎn)操作自動(dòng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[1]。因此，必須對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的待軋情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的決策，使加熱爐在此不穩(wěn)定工況下仍能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化操作，滿足加熱爐優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低消耗的要求。加熱爐的主要任務(wù)是加熱鋼坯，使其在出爐時(shí)達(dá)到軋制所要求的溫度分布。它的任務(wù)是按軋機(jī)的軋制節(jié)奏將鋼坯加熱到工藝要求的溫度水平，并且在保證優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的前提下，盡可能地降低燃料消耗、減少氧化燒損。加熱爐是軋線的龍頭，加熱爐運(yùn)行狀況對(duì)鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、效益有很大的影響。PLC。 關(guān)鍵詞：步進(jìn)式加熱爐；自動(dòng)控制系統(tǒng)；PID控制；PLC；DCSThe Steptype Of The Heating Furnace Control SystemBased On PLC And DCSAbstractSteptype of the heating furnace is one of the key equipment in the production line of rolling steel, it constitutes the main production processes of the rolling production line with the rolling unit. In order to improve the quality of products in the steptype of the heating furnace, in this paper, the research is mainly from the perspective of industrial control, it designs and explores the control system of the heating process about steptype of the heating furnace.This article designs the control plan of the fuel burning control system, the temperature control system and the chamber pressure control the system through understanding the entire steptype heating furnace39。為了提高步進(jìn)式加熱爐產(chǎn)品的質(zhì)量，本文研究主要是從工業(yè)控制的角度出發(fā)，對(duì)步進(jìn)式加熱爐加熱的過(guò)程控制系統(tǒng)作了研究和探討。本文通過(guò)了解整個(gè)步進(jìn)式加熱爐的生產(chǎn)工藝及影響因素，確定了燃料燃燒控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和爐膛壓力控制系統(tǒng)的控制方案，并對(duì)其控制規(guī)律及參數(shù)進(jìn)行選擇。s technique of production and influencing factors，and choses its control rule and the parameter. Nextbit machine uses the software of PLC to program the software，the host puter uses the software of MCGS to monitor and display screen，which realizes the automatic control function of the temperature and pressure of the furnace. Finally it achieves the heating furnace movement safely, economically, the highly effective. Key words: steptype of the heating furnace。DCS目 錄摘 要 IAbstract II第一章 引言 1第二章 步進(jìn)式加熱爐工藝 3 步進(jìn)式加熱爐簡(jiǎn)介 3 步進(jìn)式加熱爐的概念 3 步進(jìn)式爐的幾種類(lèi)型 3 步進(jìn)式爐的優(yōu)缺點(diǎn) 3 步進(jìn)式加熱爐的工藝簡(jiǎn)介 4 步進(jìn)式加熱爐的生產(chǎn)工藝流程 4 影響鋼坯質(zhì)量的若干因素 7第三章 步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 控制方案 9 燃料燃燒的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 爐溫的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 爐膛壓力的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 檢測(cè)元件的選擇 13 溫度檢測(cè)元件 13 流量檢測(cè)元件 14 壓力檢測(cè)元件 14 執(zhí)行器的選擇 15 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 15 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇 16 控制器的選擇 17 控制規(guī)律的選擇 17 控制器的正反作用選擇 18 PLC選型 20 S7200簡(jiǎn)介 20 S7200的模塊選擇 21 PLC的I/O地址分配 21 DCS選型 22第四章 步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 25 軟件系統(tǒng)介紹 25 系統(tǒng)流程圖 33 主程序流程圖 33 燃料與空氣比值控制系統(tǒng) 34 溫度控制系統(tǒng) 34 爐膛壓力控制系統(tǒng) 36 程序編制 36 系統(tǒng)調(diào)試 37 系統(tǒng)軟件調(diào)試 37 系統(tǒng)硬件調(diào)試 37第五章 總結(jié) 38參考文獻(xiàn) 39附錄A 源程序 41附錄B 組態(tài)圖 56致 謝 57第一章 引言鋼鐵行業(yè)作為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)性行業(yè)，具有較高的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度。目前步進(jìn)式加熱爐是各種機(jī)械化爐中使用最廣、發(fā)展最火的爐型，是取代推鋼式加熱爐的主要爐型。隨著軋鋼生產(chǎn)的大型化、連續(xù)化和對(duì)加熱爐高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和低消耗的要求不斷提高，采用計(jì)算機(jī)控制加熱爐生產(chǎn)已成為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的發(fā)展方向和必然趨勢(shì)。由于加熱爐只是軋鋼工序的組成部分，許多不可預(yù)見(jiàn)的因素都將影響到加熱爐的穩(wěn)定生產(chǎn)，而待軋是爐子操作中一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)過(guò)程，也是不可避免的?，F(xiàn)代化的高產(chǎn)量熱軋帶鋼軋機(jī)，由于對(duì)軋制帶鋼的厚度尺寸公差、帶鋼表面質(zhì)量和板型控制的要求日益嚴(yán)格，因而對(duì)板坯加熱溫度均勻性和熱板坯表面的質(zhì)量要求也不斷提高，如何提高其質(zhì)量一直是冶金行業(yè)密切關(guān)注的問(wèn)題。第二章 步進(jìn)式加熱爐工藝 步進(jìn)式加熱爐簡(jiǎn)介 步進(jìn)式加熱爐的概念借助于爐底的升降和進(jìn)退，使鋼坯在爐內(nèi)做走步一樣，從裝料端一步一步地“走”到出料端。鋼坯吸熱主要來(lái)自上部爐膛，由于一面受熱，這種爐子的爐底強(qiáng)度較低。鋼坯可以翻轉(zhuǎn)的步進(jìn)式爐是每走一步爐內(nèi)鋼料可以翻轉(zhuǎn)某一角度，步進(jìn)梁和固定梁都帶有鋸齒形耐熱鋼鋼枕，這是加熱鋼管的步進(jìn)式爐，每走一步鋼管可以在鋸齒形鋼枕上滾動(dòng)一小段距離，使受熱條件較差的底面逐步翻轉(zhuǎn)到上面，以求加熱均勻。例如預(yù)熱段每走一步，加熱段可以走兩步或兩步以上。 原始的步進(jìn)式爐只用于加熱推鋼機(jī)無(wú)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。（3）爐內(nèi)鋼料易于清空，減少停爐時(shí)清除爐內(nèi)鋼料的時(shí)間。（7）沒(méi)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。(11)生產(chǎn)自動(dòng)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(dòng)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)都具有二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)和三級(jí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)都是全數(shù)字化的直流或交流供電裝置。因此，盡管步進(jìn)式爐有很多優(yōu)點(diǎn)，僅由于它造價(jià)太高，目前在中小型廠全面推廣還不適宜。加熱爐的特點(diǎn)是熱負(fù)荷不隨時(shí)間變化，爐內(nèi)各段溫度要求比較穩(wěn)定，且分布均勻。鋼坯經(jīng)預(yù)熱段預(yù)熱后進(jìn)入加熱段，加熱段是加熱爐中最重要的段，鋼坯在加熱段被加熱的程度決定了鋼坯是否能被燒透、爐口能否正常出鋼。本設(shè)計(jì)中加熱爐為三段式加熱爐，分為預(yù)熱段，加熱段，均熱段，其中預(yù)熱段、加熱段、均熱段采用上端煤氣燃燒控制，加熱后的熱風(fēng)送向各燒嘴，供燃燒時(shí)使用。通過(guò)每對(duì)蓄熱式燒嘴的切換燃燒，加強(qiáng)了爐氣在爐內(nèi)的擾動(dòng)，增強(qiáng)了爐氣對(duì)鋼坯的傳熱。在接到軋機(jī)要鋼信號(hào)后，步進(jìn)梁就將固定梁上最終料位處的鋼坯托放在出料懸臂輥上面，然后送出進(jìn)入軋線軋制。開(kāi)始動(dòng)作時(shí)，移動(dòng)梁由1點(diǎn)垂直上升到2點(diǎn)的位置，在到達(dá)固定梁平面時(shí)把料坯托起；接著移動(dòng)梁載著料坯沿水平方向移動(dòng)一段距離從2點(diǎn)到3點(diǎn)；然后移動(dòng)梁再垂直下降到4點(diǎn)的位置，當(dāng)經(jīng)過(guò)固定梁水平面時(shí)又把料坯放到固定梁上。移動(dòng)梁往復(fù)—個(gè)周期所需要的時(shí)間和升降進(jìn)退的距離，是按設(shè)計(jì)或操作規(guī)程的要求確定的。全爐采用32臺(tái)蓄熱式燒嘴，每套燒嘴配備一套獨(dú)立的換向系統(tǒng)，最大限度的保證了生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。加熱爐采用端進(jìn)料、端出料，這樣由爐尾推料機(jī)直接推送出料，不需要單獨(dú)設(shè)出料機(jī)，而且適合較寬的料坯，可以幾個(gè)爐子共用一個(gè)輥道，占用車(chē)間面積小，操作也比較方便。在實(shí)際生產(chǎn)中，鋼坯的加熱時(shí)間往往是變化的。如遇到上述情況，應(yīng)對(duì)爐子結(jié)構(gòu)及操作方式作合理的改造或調(diào)整，使?fàn)t子產(chǎn)量和軋機(jī)產(chǎn)量相適應(yīng)。加熱溫度對(duì)鋼坯的影響特性顯示：(1)從提高質(zhì)量和產(chǎn)量的角度出發(fā)，應(yīng)盡可能選擇較高溫度。因?yàn)?，高溫加熱設(shè)備的投資與能耗巨大，所以盡可能的降低加熱溫度以提高設(shè)備使用年限和降低燃料、電力消耗是十分重要的。綜合考慮影響加熱過(guò)程的各個(gè)因素，加熱溫度和爐膛壓力對(duì)于鋼坯質(zhì)量的影響頗大，而且是一個(gè)可以控制的量，所以選擇溫度和爐膛壓力作為被控參數(shù)。對(duì)于溫度的控制采用單交叉限幅方式的串級(jí)控制系統(tǒng)，這樣可以在爐溫偏低時(shí)，先增加空氣量，后增加煤氣量；爐溫偏高時(shí)，先減煤氣量，后減空氣量，實(shí)現(xiàn)空氣、煤氣交叉控制，保證了燃料的完全燃燒，最終通過(guò)控制燃料和空氣流量以達(dá)到控制爐溫的目的。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)由于主流量控制回路的存在，實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃料流量的定值控制，大大地克服了燃料流量干擾的影響，使燃料流量變得比較平穩(wěn)。這種方案能夠適用于主流量干擾頻繁及工藝上不允許負(fù)荷有較大波動(dòng)或工藝上經(jīng)常需要提降負(fù)荷的場(chǎng)合，實(shí)用性強(qiáng)[2]。串級(jí)控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征而得名的。一般來(lái)說(shuō)，主控制器的給定值是由工藝規(guī)定的，它是一個(gè)定值，在該系統(tǒng)中主參數(shù)溫度是一個(gè)定值，工業(yè)上要求步進(jìn)式加熱爐預(yù)熱段溫度為750℃～1100℃，加熱時(shí)間15～30分鐘；加熱段的溫度為1250℃～1300℃，加熱時(shí)間40～60分鐘；均熱段的溫度為1150℃～ 1250℃，保溫時(shí)間20～30分鐘；連鑄冷坯料、模鑄冷坯料的總加熱時(shí)間為90～120分鐘；因此，主環(huán)是一個(gè)定值控制系統(tǒng)。溫度控制器根據(jù)實(shí)測(cè)溫度，按照PID控制策略，產(chǎn)生一個(gè)輸出。在控制爐溫的過(guò)程，當(dāng)爐溫偏低時(shí)，先增加空氣量，后增加煤氣量，當(dāng)爐溫偏高時(shí)，先減煤氣量，后減空氣量，實(shí)現(xiàn)空氣煤氣交叉控制，以保證燃料的完全燃燒。在正常工況下，即系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，溫度控制器的輸出，等于燃料流量變送器的輸出，也等于空氣流量變送器的輸出。因此時(shí)＜，被低選器選中，從而改變?nèi)剂狭髁靠刂破鹘o定值，命令提量。燃料量降低，經(jīng)變送器的測(cè)量信號(hào)被高選器選中，作為空氣流量控制器的給定值，命令空氣降量。 爐膛壓力的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單回路反饋控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱單回路控制系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)由四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對(duì)象（簡(jiǎn)稱對(duì)象）或被控過(guò)程（簡(jiǎn)稱過(guò)程）、測(cè)量變送裝置、控制器和控制閥。考慮測(cè)溫的準(zhǔn)確可靠和反應(yīng)靈敏，而且預(yù)熱段溫度為750℃～1100℃，加熱段的溫度為1250℃～1300℃，均熱段的溫度為1150℃～1250℃，所以采用鎳鉻—鎳硅熱電偶(K型) ，這是一種使用面十分廣泛的賤金屬熱電偶，—，它的測(cè)溫范圍為270℃～1372℃。 流量檢測(cè)元件作為流量檢測(cè)用的節(jié)流件有標(biāo)準(zhǔn)的和特殊的兩種?？紤]到使用的燃料即焦?fàn)t煤氣中含有焦油、萘、氨、硫化物和氰化物等雜質(zhì)，若使用流量孔板，則取壓孔易堵塞，雜質(zhì)附著在孔板上，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。 壓力檢測(cè)元件壓力檢測(cè)的方法很多，按敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的特性不同，一般分為四類(lèi)：液柱式壓力檢測(cè)、彈性式壓力檢測(cè)、電氣式壓力檢測(cè)、活塞式壓力檢測(cè)。目前，用作壓力檢測(cè)的彈性元件主要有膜片、波紋管和彈簧管。由于步進(jìn)式加熱爐爐膛壓力需控制在5～20Pa，屬于微正壓，所以選用彈簧管壓力表[3]。執(zhí)行機(jī)構(gòu)系指產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)系指直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常指調(diào)節(jié)閥[22]。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受電/氣轉(zhuǎn)換器(或電/氣閥門(mén)定位器)輸出的氣壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的推桿直線位移，以推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作?；钊降某贮c(diǎn)是行程長(zhǎng)，但價(jià)格昂貴，只用于特殊需要的場(chǎng)合。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)又稱控制閥（或調(diào)節(jié)閥）。角形閥的閥體為直角形，其流路簡(jiǎn)單，阻力小，適用于高壓差、高粘度、含懸浮物和顆粒狀物料流量的控制。煙道百葉窗的擋板以轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)來(lái)控制流體的流量?？刂崎y是控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，它接受控制器的命令執(zhí)行控制任務(wù)