【正文】 。即在上位監(jiān)控站發(fā)出操作指令,通過PLC控制層的邏輯運算,將上位監(jiān)控站發(fā)出的各種指令輸出到現(xiàn)場的設備,控制現(xiàn)場設備的工作,同時將現(xiàn)場設備當前時刻的工作參數(shù),如水質(zhì)參數(shù)、流量、壓力、溫度、液位及運行狀態(tài)等信息由現(xiàn)場上傳到上位監(jiān)控站上進行顯示,并同時被送入系統(tǒng)創(chuàng)建的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫,利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),控制不同工藝參數(shù)的變化快慢和重要程度,達到優(yōu)化控制的目的。這就需要各種電氣設備密切配合,嚴格按照時序動作。采用這種方式使得本系統(tǒng)具有運轉(zhuǎn)可靠、數(shù)據(jù)分布合理、操作速度快、人機界面友好、使用方便等優(yōu)點。HIS可以顯示各種畫面；如流程圖、控制組、趨勢、歷史曲線、實時曲線等。CENTUMCS3000是以Windows為操作平臺，以開放式的結(jié)構(gòu)、靈活性和與現(xiàn)存系統(tǒng)兼容為特性的，可以以開放的、可靠的方式簡便的與信息系統(tǒng)相連，用于進行監(jiān)視和控制工藝參數(shù)與工藝過程及信息交換的雙重化實時控制網(wǎng)絡，具有構(gòu)造大型實時過程信息網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)成多工段，多集控單元，全廠綜合管理與控制的綜合信息自動化系統(tǒng)。底層漢化的軟件平臺具備強大的處理功能，并提供方便的組態(tài)復雜控制系統(tǒng)的能力與用戶自主開發(fā)專用高級控制算法的支持能力，易于組態(tài)，易于使用。DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡或從網(wǎng)絡中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。DCS具有以下特點：（1）高可靠性。它是具有較強控制能力的控制器，該產(chǎn)品具有標準化程度高、可靠性高、操作性強、可維護性好、可擴展性好等特點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 S7200的模塊選擇本設計選用西門子公司S7200系列PLC中的過程控制器CPU 224作為整個加熱爐控制系統(tǒng)的核心。該系統(tǒng)中配置了模擬量輸入/輸出模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、高速計數(shù)模塊、監(jiān)控模塊, 所有輸入/輸出模塊，全部采用光電隔離, 大大提高了系統(tǒng)抗干擾能力。S7200系列的強大功能使其無論在獨立運行中或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。它可以取代傳統(tǒng)的繼電器完成開關量的控制, 比如,將行程開關、按鈕開關、無觸點開關或敏感元器作為輸入信號, 輸出信號可控制電動閥門、開關、電磁閥和步進電機等執(zhí)行機構(gòu)。實際上，主變送器放大倍數(shù)符號一般情況下都是“正”的，再考慮副回路視為一放大倍數(shù)為“正”的環(huán)節(jié)，因此，主控制器的正、反作用實際上只取決于主對象放大倍數(shù)的符號。對于副回路可將它視為一放大倍數(shù)為“正”的環(huán)節(jié)來看待?？紤]問題的出發(fā)點仍與單回路控制系統(tǒng)相同，即為了使副回路構(gòu)成一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，副環(huán)內(nèi)所有各環(huán)節(jié)放大倍數(shù)符號的乘積應為“正”。判別準則：只要控制系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)規(guī)定符號的乘積為正，則該系統(tǒng)是一負反饋系統(tǒng)。因為在一個控制系統(tǒng)中，除了控制器外，其它各個環(huán)節(jié)(被控對象、測量變送據(jù)、執(zhí)行器)都有各自的作用方向。在爐膛壓力單回路控制系統(tǒng)中壓力調(diào)節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大，控制要求不高，被控變量只要控制在微正壓即可，允許它在一定范圍內(nèi)有余差，所以壓力控制器應選用比例控制規(guī)律（P）。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，因為當副控制器有微分作用時，一旦主控制器的輸出稍有變化，控制閥就將大幅度地變化，這對控制也是不利的。適合于調(diào)節(jié)通道時間或容量滯后較大、負荷變化大、對控制質(zhì)量要求較高的場合。它適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、被控變量又不允許有余差的場合。比例控制器適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、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。它能較快地克服擾動的影響，過渡過程時間短。擔負著整個控制系統(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)。而且要注意原料或產(chǎn)品是否易凝、易結(jié)晶、易聚合的物料時，以防控制閥失去能源時，會造成不良的后果[2]。(2)從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)。一般來說，要根據(jù)以下幾條原則來進行選擇。因此，對它必須給予足夠的重視。其結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、流通能力大、特別適用于低壓差、大口徑、大流量氣體和帶有懸浮物流體的場合，但泄漏量較大。在高壓場合，為了延長閥芯使用壽命，可采用側(cè)進底出。由于閥芯在閥體內(nèi)移動，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，即改變了閥的阻力系數(shù)，被控介質(zhì)的流量相應地改變，從而達到調(diào)節(jié)工藝變量的目的。 調(diào)節(jié)機構(gòu)的選擇生產(chǎn)過程中，被控介質(zhì)的特性千差萬別，有高壓的，高粘度的，強腐蝕的；流體的流動狀態(tài)也各不相同，有的流量小，有的流量大；有的是分流，有的是合流。氣動執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式和活塞式兩種。氣動執(zhí)行機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格便宜，維護方便和防火防爆等優(yōu)點。使被控參數(shù)符合預期要求。本設計選用彈簧管壓力表配壓力變送器來檢測爐膛壓力，彈簧管壓力表是一種指示型儀表，結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉，它的使用范圍廣，測量范圍寬，可以測量負壓、微壓、低壓、中壓和高壓，因此應用十分廣泛。彈性式壓力檢測是用彈性元件作為壓力敏感元件把壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件位移的一種檢測方法。這種檢測方法的特點是管道內(nèi)無可動部件，使用壽命長，壓力損失小，測量精度高(約為5％～1％)，量程比可達100：1，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，幾乎不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響，故用水或空氣標定的漩渦流量計可用于其他液體和氣體的流量測量而不需標定，尤其適用于大口徑管道的流量測量。電容式差壓變送器是沒有杠桿的變送器，它采用差壓電容為檢測元件，整個變送器無機械傳動、調(diào)整裝置，而且測量部分采用全封閉焊接的固體化結(jié)構(gòu)。它的熱電極材料具有較好的高溫抗氧化性，可以滿足加熱爐的溫度要求，并且可在氧化性或中性介質(zhì)中長時間地測量900℃以下的溫度。設計中對爐壓的控制采用的是單回路控制策略，它是通過調(diào)整煙道百葉窗的開度，從而調(diào)節(jié)煙囪的吸力，進而控制爐膛壓力，爐壓檢測點位于出料端。單回路控制系統(tǒng)雖然簡單，卻能解決生產(chǎn)過程中的大量控制問題。這樣就實現(xiàn)了提量時先提空氣量，后提燃料量，降量時先降燃料量，后降空氣量的邏輯要求[2]。整個提量過程直至＝=時，系統(tǒng)又恢復到正常工況時的穩(wěn)定狀態(tài)。當系統(tǒng)中的爐膛溫度降低時，溫度控制器的輸出增加(根據(jù)串級控制系統(tǒng)的要求，溫度控制器應選用反作用式控制器)，這個增加了的信號不被低選器選中，而卻被高選器選中，它直接改變空氣流量控制器的給定值，命令空氣量增加。爐溫的單交叉限幅控制的檢測流程圖如下： 圖33 單交叉限幅控制的檢測流程圖圖33所示為“串級和比值控制組合的系統(tǒng)，由爐膛溫度與燃料、空氣流量的串級控制系統(tǒng)和燃料與空氣的流量比值控制系統(tǒng)相組合。溫度控制器與煤氣流量控制器或空氣流量控制器構(gòu)成一個串級控制系統(tǒng)。設計的爐溫與流量的串級控制系統(tǒng)方框圖如圖32。主控制器的輸出作為副控制器的給定值，副控制器的輸出去操縱控制閥，以實現(xiàn)對變量的定值控制。所以為了控制溫度，工藝上不但要求燃料量與空氣量成一定的比例，而且要求在溫度發(fā)生變化時，燃料與空氣的提降量有一定的先后次序，以保證空燃比的合理性及供熱區(qū)段溫度的可控性。這不僅實現(xiàn)了比較精確的流量比值，而且也確保了兩物料總量基本不變，這是它的一個主要特點。 燃料燃燒的控制系統(tǒng)設計雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主流量不受控，生產(chǎn)負荷在較大范圍內(nèi)波動的不足而設計的。 控制方案 步進式加熱爐的熱工制度主要包括:溫度制度、燃料燃燒制度和爐壓制度等。實際選擇加熱溫度，通常應兼顧上述兩個方面。但若超過最適宜值，則會使鋼坯抗壓強度迅速下降，嚴重時有可能造成鋼坯熔融粘結(jié)。若溫度偏低則不能很好的進行軋制，以致難以達到所需固定成型效果。在生產(chǎn)某些產(chǎn)品的過程中，爐子生產(chǎn)率小于軋機的產(chǎn)量時，常常為了趕上軋機的產(chǎn)量而造成加熱不均，內(nèi)外溫差大，甚至有時為了提高出爐溫度而將鋼表面燒化，而其中間溫度尚很低，造成加熱質(zhì)量很差。其中加熱溫度和爐膛壓力對鋼坯質(zhì)量影響較大，而且可控。在加熱特殊鋼種時，可以根據(jù)實際情況關閉加熱段靠近爐尾的部分燒嘴，延長預熱段長度，方便的實現(xiàn)低溫入爐。移動梁的運動是可逆的，當軋機故障要停爐檢修，或因其他情況需要將物料退出爐子時，移動梁可以逆向工作，把料坯由裝料端退出爐外。這樣移動梁經(jīng)過上升—前進—下降—后退四個動作，完成了一個周期，料坯便前進(也可以后退)一步。圖22 步進式爐內(nèi)鋼坯運動軌跡的示意圖爐底由固定梁和移動梁(步進梁)兩部分所組成。圖21 步進式加熱爐工藝圖步進式加熱爐與推鋼式加熱爐相比，其基本的特征是鋼坯的移動是通過固定梁和載有鋼坯的移動梁進行的，在固定梁上的鋼坯，通過移動梁反復地上升、前進、下降、后退的矩形運動，一個循環(huán)運動過程使鋼坯在爐內(nèi)的梁上發(fā)生滑動就前進一步。用無水冷隔墻隔開，可以精確控制各段爐溫以及爐膛壓力，減少各段之間的輻射干擾。若均熱段溫度過高，將出現(xiàn)鋼體打滑現(xiàn)象，溫度過低，不能出鋼。預熱段長度較長，可以充分利用煙氣來預熱裝入爐內(nèi)的鋼坯，從而提高燃料的利用率。爐內(nèi)板坯通過步進梁的運動，經(jīng)過爐子的預熱段、加熱段、均熱段充分加熱，達到軋制要求溫度后，運行至出料端激光檢測處并完成最后一次步進運動，經(jīng)激光檢測器檢測及步進梁行程控制系統(tǒng)和爐內(nèi)坯料跟蹤系統(tǒng)計算，鋼坯在爐內(nèi)準確位置的信號被送往出鋼機，出鋼機托起鋼坯出爐，準確將鋼坯放在出爐輥道中心線上，再由出爐輥道輸送到粗軋機軋制[10]。兩面供熱的步進式爐爐底水管較多，熱損失大。(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)。（5）水管黑印小，即能得到尺寸準確的軋材。步進式爐具有以下特點：（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，—2個推鋼式爐。鋼坯在預熱段放置較密，可以得到正常的預熱作用，在加熱段鋼坯前進較快，達到快速加熱，以減少脫碳。運送過程中，鋼坯不必上升和下降，振動較小，底面不會被劃傷，表面質(zhì)量較好。兩面供熱步進式爐也稱步進梁式爐，活動梁和固定梁上都安設有能將鋼壞架空的爐底水管。 步進式爐的幾種類型步進式爐從爐子構(gòu)造上分目前有：單面供熱步進式爐、兩面供熱步進式爐、鋼料可以翻轉(zhuǎn)的步進式爐、交替步進式爐、爐底分段的步進式爐等等。提高板坯質(zhì)量的方法多種多樣，在生產(chǎn)過程中運用自動控制即是其中之一。待軋一旦發(fā)生，鋼坯在爐內(nèi)不再運動，如果供熱制度不做適當調(diào)整，鋼坯溫度將不斷上升，這不僅導致燃料浪費，而且還可能導致更多的氧化和脫碳，嚴重地影響到鋼坯的加熱質(zhì)量。此外，還可計入爐子運行折舊、加熱和軋制的總能耗等指標。連續(xù)加熱爐在軋鋼生產(chǎn)中占有十分重要的地位。鋼鐵企業(yè)軋鋼領域蓄熱式換熱技術的應用，從爐型上分：有推鋼式加熱爐、步進梁式加熱爐、車底式爐、均熱爐、罩式爐、帶材連續(xù)式熱處理爐及冶煉連鑄領域的烘烤設備。PID control algorithm。最終可達到加熱爐安全、經(jīng)濟、高效的運行。基于PLC與DCS的步進式加熱爐控制系統(tǒng)摘 要步進式加熱爐是軋鋼生產(chǎn)線上的關鍵設備之一，與軋制機組構(gòu)成了軋制生產(chǎn)線的主體生產(chǎn)環(huán)節(jié)。下位機采用PLC進行軟件編程，上位機采用DCS軟件進行畫面監(jiān)控顯示，實現(xiàn)了加熱爐溫度和爐膛壓力的自動控制功能。automatic control system。鋼鐵工業(yè)是一個原材料的生產(chǎn)和加工部門，處于產(chǎn)業(yè)鏈的中間位置，它的發(fā)展與國家的基礎建設以及工業(yè)發(fā)展的速度關聯(lián)性很強。七十年代以來，世界各國新建的熱連軋機等大型軋機，幾乎都采用了步進式爐。加熱爐中鋼坯加熱過程優(yōu)化控制的目的不外乎優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低消耗，其優(yōu)化控制目標主要包括：燃耗最低、氧化燒損最小、產(chǎn)量最高和目標出爐溫度最準等。一般將加熱爐的待軋狀態(tài)分為計劃性和非計劃性待軋，其中計劃待軋指計劃檢修或換班引起的停頓，其時間一般能準確確定；而非計劃待軋只由事故等隨機因素造成的，其時間一般不易預知。加熱爐是熱軋帶鋼軋機必須配備的熱處理設備。以這種方式運送爐內(nèi)鋼坯的爐子叫做步進式爐。它適用于加熱薄板坯、小斷面方坯或有特殊要求的場合。交替步進式爐則有兩套步進機構(gòu)交替動作。這種構(gòu)造是專門為易脫碳鋼的加熱而設計的。在這種情況下，近十年來造價較高的步進式爐得到了快速發(fā)展，其結(jié)構(gòu)也日趨完善。（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。（8）鋼坯有側(cè)面加熱，這樣可實現(xiàn)三面或四面加熱，因此加熱時間短，鋼坯氧化少。步進式爐的缺點是爐底機械設備龐大，維護和檢修都較復雜，爐子造價太高。 步進式加熱爐的工藝簡介 步進式加熱爐的生產(chǎn)工藝流程加熱爐生產(chǎn)時，根據(jù)軋制計劃，將板坯送至加熱爐上料運輸輥道，鋼坯經(jīng)稱重、測長、測溫后送至區(qū)域管理計算機指定的爐門裝料口，按