【正文】 布料圖進行定位，在確定爐內有足夠空間后，裝料爐門打開，裝鋼機將板坯送入爐內，板坯間隔50mm，完畢后裝料爐門關閉。加熱爐自裝料端至出料端沿爐長上分為預熱段、加熱段及均熱段，如圖21。均熱段主要將鋼坯均勻熱到規(guī)定的出鋼溫度。為了便于靈活調節(jié)各段爐溫，在預熱段與加熱段，加熱段與均熱段之間設有無水冷隔墻。空氣預熱溫度1000℃以上，排煙溫度150℃以下。傳動機構的上下運動和前后運動分別是獨立機構構成的，支撐在輥子上的步進梁的前進、后退用油壓傳動方式，上下運動采用各種方式，如采用油壓或采用電動，爐子裝鋼要保持規(guī)定的間隔，用推鋼機或輸送機裝入爐內，加熱好的鋼坯出鋼采用出鋼送入下一步工序。這時料坯實際已經前進到一個新的位置，相當于在固定梁上移動了從2點到3點這樣一段距離；最后移動梁再由4點退回到l點的位置?？梢愿鶕煌饘俸蛿嗝娉叽绱_定物料在爐內的加熱時間，并按加熱時間的需要，調整步進周期的時間和進退的行程。通過控制燒嘴的開閉，可以適應多品種、小批量生產的需要。 影響鋼坯質量的若干因素影響鋼坯質量的因素較多，如加熱溫度、斷面溫差、長度方向的溫差、水印溫差、加熱速度、加熱時間、氣氛待性、鋼坯間距、鋼坯尺寸、燃料燃燒、冷卻方法、爐子的密封程度、爐壁爐頂的散熱、步進梁速度、廢氣帶走熱量等，都會對鋼坯質量產生顯著影響。這是因為加熱爐必須很好地與軋機配合。鋼坯溫度對鋼坯質量的影響較大，鋼坯加熱溫度是產品質量保證的關鍵。因為，在較高溫度下能夠提高鋼坯的強度，縮短加熱時間，增加設備的生產能力。但是，加熱的最低溫度應足以使鋼坯進行有效的軋制為限制。第三章 步進式加熱爐控制系統硬件設計步進式加熱爐控制系統是采用西門子PLC系統和DCS系統來實現的,整個系統包括硬件系統和軟件系統,下面詳細介紹硬件系統。對于爐膛壓力，采用單回路控制，它是通過調整煙道百葉窗的開度，從而調節(jié)煙囪的吸力，達到控制爐膛壓力的目的。通過比值控制副流量即空氣流量也將比較平穩(wěn)。設計的燃料流量與空氣流量雙閉環(huán)比值控制系統方框圖如下：圖31 燃料流量和空氣流量構成的雙閉環(huán)比值控制系統方框圖 爐溫的控制系統設計在步進式加熱爐加熱鋼坯的過程中，空燃比過高，使鋼坯表面氧化，熱量損失增加；空燃比過低，使燃料不能完全燃燒，造成煤氣外流，浪費了燃料并污染了環(huán)境。它是由主、副兩個控制器串接工作的。而副控制器的給定值是由主控制器的輸出提供的，它隨主控制器輸出變化而變化，因此，副回路是一個隨動系統。該輸出作為煤氣控制器和空氣控制器的設定值，去控制煤氣和空氣流量。而完成具有邏輯提量功能主要依靠系統中設置的兩個選擇器：高選擇器HS、低選擇器LS。也就是說高、低選擇器的兩個輸入端信號是相等的，整個系統猶如不加選擇器時的串級和比值控制組合的系統進行工作。這一過程保證在增加燃料且前，先加大空氣量，使燃燒完全。降量過程直至＝=，系統又恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。在所有反饋控制系統中，單回路反饋控制系統是最基本、結構最簡單的一種，因此又稱為簡單控制系統。爐內氣體流動狀況是爐膛壓力的主要影響因素，而氣體流動狀況又受到煙道百葉窗的開度的直接影響。由于鋼坯在加熱爐設備上干燥，加熱爐的三段溫度都在其測溫范圍之內，所以使用K型熱電偶。標準節(jié)流件包括標準孔板、標準噴嘴和標準文丘里管，空氣流量測量采用標準孔板配電容式差壓變送器。漩渦式流量計是按流體振蕩原理，應用強迫振蕩的漩渦旋進原理進行流量檢測的。根據步進式加熱爐的工藝，選用彈性式壓力檢測的方法來檢測爐膛壓力比較適合。彈簧管可以通過傳動機構直接指示被測壓力，也可以用適當的轉換元件把彈簧管自由端的位移變換成電信號輸出。 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器接受來自調節(jié)器的控制信號，由執(zhí)行機構將其轉換成相應的角位移或直線位移，去操縱調節(jié)機構(調節(jié)閥)，改變控制量。 執(zhí)行機構的選擇執(zhí)行機構的選擇主要是對氣動執(zhí)行機構、電動執(zhí)行機構和液動執(zhí)行機構的選擇，根據能源、介質的工藝要求、安全、控制系統的精度、經濟效益及現場情況等多種因素，綜合考慮選用哪一種執(zhí)行機構。氣動執(zhí)行器是以壓縮空氣為動力能源的，它接受調節(jié)器的輸出控制信號，通過氣缸或膜片帶動閥門連桿動作，以調節(jié)被控介質（如液體、氣體和蒸汽等）的流量，將被控變量控制在系統要求的范圍內。設計中選用薄膜式氣動執(zhí)行機構。它和普通閥門一樣，是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件。一般使用于底進側出，此種調節(jié)閥穩(wěn)定性較好。它由閥體、擋板、擋板軸和軸封等部件組成?？刂崎y選擇得合適與否，將直接關系到能否很好地起到控制作用。對于一個具體的控制系統來說，究競選氣開閥還是選氣閉閥，要由具體的生產工藝來決定。即當氣源供氣中斷，或控制器出故障而無輸出，或控制網膜片破裂而漏氣等而使控制閥無法正常工作，以致閥芯回復到無能源的初始狀態(tài)(氣開閥回復到全閉，氣閉閥回復到全開)，應能確保生產工藝設備的安全，不致發(fā)生事故。(4)從介質的特點考慮，以保證在控制閥失去能源時能所處的狀態(tài)能夠避免原料或產品的浪費。 控制器的選擇控制器是常規(guī)儀表控制系統中的核心環(huán)節(jié)。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關系。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)律結合在一起用，具有結構簡單，整定方便的優(yōu)點。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)律是一種應用最為廣泛的控制規(guī)律。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。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、負荷變化大、對控制質量要求較高，在這種情況下，為保證主變量的控制精度，故溫度控制器應選用比例積分微分控制規(guī)律(PID)。在比值控制系統中流量的控制通道滯后較小、負荷變化不大、被控變量又不允許有余差，所以流量控制器應選用比例積分控制規(guī)律(PI)?？刂破髟O置正、反作用的目的是為了適應不同被控對象，實現閉環(huán)負反饋控制的需要。假設對控制系統中的各環(huán)節(jié)作如下規(guī)定：1．控制器工作于正作用方式為“—”，工作于反作用方式為“十”；2．執(zhí)行器的閥門開度隨控制器輸出信號的增加而增大(氣開式)為“十”；隨控制器輸出信號的增加而減小(氣關式)為“一”；3．被控變量隨操縱變量的增加而增加為“十”，隨操縱變量的增加而減小為“一”；4．測量變送器放大倍數的符號肯定為 “十”。副控制器的正、反作用要根據副環(huán)的具體情況決定，而與主環(huán)無關。主環(huán)內包括有主控制器、副回路、主對象和主變送器。這樣，只要根據主對象與主變送器放大倍數的符號及整個主環(huán)開環(huán)放大倍數的符號為“正”的要求，就可以確定主控制器的正、反作用。 PLC選型PLC(Programmable Logic Controller)是可編程序控制器的英文縮寫, 它是綜合了計算機技術、自動化技術與繼電器邏輯控制概念而開發(fā)的一代新型工業(yè)控制器,是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它的主要功能有：①在線數據采集和輸出；②控制功能，包括條件控制、順序控制、邏輯控制、定時、計數等；③數據處理功能，既能進行基本數學、邏輯運算，還可通過編程實現復雜的控制算法；④輸入/輸出信號調制功能；⑤通信、聯網功能，可進行遠程控制、多臺PLC間聯網通信、外部器件與PLC的信號處理單元之間實現程序和數據交換等；⑥支持人機界面功能；⑦編程、調試等。 S7200簡介S7200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7200包括集成的24V電源、高速脈沖輸出、通信口、模擬電位器、EEPROM 存儲器模塊、電池模塊、高速計數器以及CPU模塊等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調，電梯控制，運動系統。I/O端子排可以很容易地整體拆卸。若采用24V DC電源，則24V DC輸入，24V DC輸出；若采用100～230V AC電源，則24V DC輸入，繼電器輸出。“集”和“散”這兩個字是集中管理和分散控制的簡稱，是一個為滿足大型工業(yè)生產和日益復雜的過程控制要求, 從綜合自動化的角度出發(fā), 按功能分散、管理集中的原則構思，具有高可靠性指標, 不斷以新的技術成果充實而研制開發(fā)出來的, 以微處理器、微型計算機技術為核心, 與數據通信技術、顯示、人機接口技術、輸入輸出接口技術相結合的, 用于生產管理、數據采集和各種過程控制，它是一種處于新技術前沿的新型控制系統。（2）開放性。它的硬件系統在惡劣的工業(yè)現場具有高度的可靠性、維修方便、工藝先進。它是由以下元件所組成的，包括：操作站(HIS)、現場控制器(FCS)、工程師站( EWS)、ESB總線、ER總線、通訊網關(ACG）、OPC系統集成網關（SIOS）、V net/IP 控制總線。在HIS的監(jiān)視器上，操作員可以觀察到所有掛在通信總線的各個配備狀況，甚至可以觀察到控制站上的某一個I/O點的情況。系統各操作站是聯網、協調工作的,操作站之間是全透明、全容錯的,可以實現相互代替。加熱爐區(qū)PLC控制的最終目的是保證板坯在加熱爐內順利傳輸,維持板坯對軋機的供應量。上位監(jiān)控站主要承擔控制系統的所有操作、監(jiān)控。組態(tài)軟件支持鼠標和鍵盤操作，人機界面美觀，實時幫助功能豐富，是設計低成本DCS的理想平臺。通過RS485通信口，將下位機采集到的數據信號送到上位機，從而準確地控制整個系統。STEP 7Micro/WIN提供軟件工具進行調試和測試程序，這些特征包括：監(jiān)視S7200正在執(zhí)行的用戶程序狀態(tài)，為S7200指定運行程序的掃描次數，強制變量值等。信號處理現場的模擬量(如壓力、溫度、閥位等模擬電流信號)采集和通訊的過程會受到現場工作環(huán)境里其他設備的干擾和影響,電流變送器送入模擬量模塊EM235的電流值可能存在波動和干擾等情況,因此通過模擬量模塊采集回來的數據最好不要直接使用,而要經過濾波處理。上位機監(jiān)控軟件采用的是MCGS組態(tài)軟件，MCGS(Monitor and Control Generated System)是由北京昆侖通態(tài)自動化軟件公司開發(fā)的一套基于Windows平臺，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統的組態(tài)軟件系統。運行環(huán)境是用戶應用系統的運行環(huán)境，進行各種處理，完成組態(tài)設計的目標和功能。在主控窗口中可以放置一個設備窗口和多個用戶窗口，負責調度和管理這些窗口的打開或關閉。也就是，要在設備窗口中選擇所有連接的控制器(如PLC，變頻器，儀表等)的型號，并設定需要從設備中讀取的變量(如PLC中的寄存器D0)。在本窗口內定義不同類型和名稱的變量，作為數據采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象。比如，當做的監(jiān)控界面有一段說明文字是根據PLC的兩個輸入點閉合的情況分別顯示不同的內容，這就要在運行策略窗口做一個if....then判斷。圖41 溫度報警及數據顯示畫面圖42 爐壓報警及數據顯示畫面對加熱爐的各段爐溫以及爐膛壓力進行實時監(jiān)視。所以空燃比值燃燒控制中采用雙閉環(huán)比值控制系統,使燃燒更加完善,燃燒質量大幅度提高,大大降低了軋鋼的生產成本,減少了廢氣污染,為生產高效奠定了可靠的基礎。目前，仍有相當部分工業(yè)、企業(yè)在步進式加熱爐加熱鋼坯過程中存在著控制精度不高，爐內各段溫度均勻性差等問題，達不到工藝要求，造成裝備運行成本費用高，產品品質低下，嚴重影響企業(yè)經濟效益，急需進行技術改造。其中步進式加熱爐為三段式加熱爐，預熱段溫度為750℃～1100℃，加熱段的溫度為1250℃～1300℃，均熱段的溫度為1150℃～1250℃。調節(jié)器根據安裝在均熱段側壁上的變送器測量的壓力變化去控制煙道百葉窗的開度，以保證爐內維持微正壓。爐膛壓力要保持在一定范圍內,過高會使爐門噴火損傷爐體及設備,過低則影響燃燒質量和效果。電氣控制主要完成對輸入開關信號的邏輯運算,然后發(fā)出邏輯控制指令,指揮繼電器的通斷,再去控制交流接觸器等電氣設備。 系統軟件調試系統軟件調試是在PC機上進行,我們將PLC控制程序輸入PC機后,根據運行要求,設定若干數字開關量、模擬量,對系統的每一個功能進行測試并在此基礎上不斷完善程序以達到系統要求。為了提高鋼坯的質量，保證軋鋼生產能夠安全進行，本文結合軋鋼生產狀況，根據生產工藝，分析了影響軋鋼生產的各個因素，設計了鋼坯加熱過程中爐膛溫度控制系統和爐膛壓力控制系統。本文針對步進式加熱爐的生產工藝和控制要求設計了加熱爐控制系統，不僅使我們加深了對PLC、DCS等一系列控制方法的了解和實際運用，而且從實際運行的效果來看，總體方案設計合理，系統穩(wěn)定可靠，出鋼溫度符合要求，能源消耗降低，各方面均達到控制要求。通過這個畢業(yè)設計，拓展了自己的知識面，鞏固了所學的專業(yè)知識，提高了獨立思考和獨立工作的能力。衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師! 并祝愿所有老師身體健康，工作順利！再一次衷心感謝所有幫助和關心我