【正文】 布料圖進(jìn)行定位，在確定爐內(nèi)有足夠空間后，裝料爐門(mén)打開(kāi)，裝鋼機(jī)將板坯送入爐內(nèi)，板坯間隔50mm，完畢后裝料爐門(mén)關(guān)閉。加熱爐自裝料端至出料端沿爐長(zhǎng)上分為預(yù)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(diào)節(jié)各段爐溫，在預(yù)熱段與加熱段，加熱段與均熱段之間設(shè)有無(wú)水冷隔墻?？諝忸A(yù)熱溫度1000℃以上，排煙溫度150℃以下。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的上下運(yùn)動(dòng)和前后運(yùn)動(dòng)分別是獨(dú)立機(jī)構(gòu)構(gòu)成的，支撐在輥?zhàn)由系牟竭M(jìn)梁的前進(jìn)、后退用油壓傳動(dòng)方式，上下運(yùn)動(dòng)采用各種方式，如采用油壓或采用電動(dòng)，爐子裝鋼要保持規(guī)定的間隔，用推鋼機(jī)或輸送機(jī)裝入爐內(nèi)，加熱好的鋼坯出鋼采用出鋼送入下一步工序。這時(shí)料坯實(shí)際已經(jīng)前進(jìn)到一個(gè)新的位置，相當(dāng)于在固定梁上移動(dòng)了從2點(diǎn)到3點(diǎn)這樣一段距離；最后移動(dòng)梁再由4點(diǎn)退回到l點(diǎn)的位置?？梢愿鶕?jù)不同金屬和斷面尺寸確定物料在爐內(nèi)的加熱時(shí)間，并按加熱時(shí)間的需要，調(diào)整步進(jìn)周期的時(shí)間和進(jìn)退的行程。通過(guò)控制燒嘴的開(kāi)閉，可以適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)的需要。 影響鋼坯質(zhì)量的若干因素影響鋼坯質(zhì)量的因素較多，如加熱溫度、斷面溫差、長(zhǎng)度方向的溫差、水印溫差、加熱速度、加熱時(shí)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?shù)纳帷⒉竭M(jìn)梁速度、廢氣帶走熱量等，都會(huì)對(duì)鋼坯質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響。這是因?yàn)榧訜釥t必須很好地與軋機(jī)配合。鋼坯溫度對(duì)鋼坯質(zhì)量的影響較大，鋼坯加熱溫度是產(chǎn)品質(zhì)量保證的關(guān)鍵。因?yàn)椋谳^高溫度下能夠提高鋼坯的強(qiáng)度，縮短加熱時(shí)間，增加設(shè)備的生產(chǎn)能力。但是，加熱的最低溫度應(yīng)足以使鋼坯進(jìn)行有效的軋制為限制。第三章 步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)是采用西門(mén)子PLC系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,整個(gè)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng),下面詳細(xì)介紹硬件系統(tǒng)。對(duì)于爐膛壓力，采用單回路控制，它是通過(guò)調(diào)整煙道百葉窗的開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)煙囪的吸力，達(dá)到控制爐膛壓力的目的。通過(guò)比值控制副流量即空氣流量也將比較平穩(wěn)。設(shè)計(jì)的燃料流量與空氣流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖如下：圖31 燃料流量和空氣流量構(gòu)成的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖 爐溫的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在步進(jìn)式加熱爐加熱鋼坯的過(guò)程中，空燃比過(guò)高，使鋼坯表面氧化，熱量損失增加；空燃比過(guò)低，使燃料不能完全燃燒，造成煤氣外流，浪費(fèi)了燃料并污染了環(huán)境。它是由主、副兩個(gè)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(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。該輸出作為煤氣控制器和空氣控制器的設(shè)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(tǒng)中設(shè)置的兩個(gè)選擇器：高選擇器HS、低選擇器LS。也就是說(shuō)高、低選擇器的兩個(gè)輸入端信號(hào)是相等的，整個(gè)系統(tǒng)猶如不加選擇器時(shí)的串級(jí)和比值控制組合的系統(tǒng)進(jìn)行工作。這一過(guò)程保證在增加燃料且前，先加大空氣量，使燃燒完全。降量過(guò)程直至＝=，系統(tǒng)又恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。在所有反饋控制系統(tǒng)中，單回路反饋控制系統(tǒng)是最基本、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，因此又稱(chēng)為簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。爐內(nèi)氣體流動(dòng)狀況是爐膛壓力的主要影響因素，而氣體流動(dòng)狀況又受到煙道百葉窗的開(kāi)度的直接影響。由于鋼坯在加熱爐設(shè)備上干燥，加熱爐的三段溫度都在其測(cè)溫范圍之內(nèi)，所以使用K型熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管，空氣流量測(cè)量采用標(biāo)準(zhǔn)孔板配電容式差壓變送器。漩渦式流量計(jì)是按流體振蕩原理，應(yīng)用強(qiáng)迫振蕩的漩渦旋進(jìn)原理進(jìn)行流量檢測(cè)的。根據(jù)步進(jìn)式加熱爐的工藝，選用彈性式壓力檢測(cè)的方法來(lái)檢測(cè)爐膛壓力比較適合。彈簧管可以通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接指示被測(cè)壓力，也可以用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換元件把彈簧管自由端的位移變換成電信號(hào)輸出。 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器接受來(lái)自調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線(xiàn)位移，去操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)，改變控制量。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇主要是對(duì)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇，根據(jù)能源、介質(zhì)的工藝要求、安全、控制系統(tǒng)的精度、經(jīng)濟(jì)效益及現(xiàn)場(chǎng)情況等多種因素，綜合考慮選用哪一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)執(zhí)行器是以壓縮空氣為動(dòng)力能源的，它接受調(diào)節(jié)器的輸出控制信號(hào)，通過(guò)氣缸或膜片帶動(dòng)閥門(mén)連桿動(dòng)作，以調(diào)節(jié)被控介質(zhì)（如液體、氣體和蒸汽等）的流量，將被控變量控制在系統(tǒng)要求的范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)中選用薄膜式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它和普通閥門(mén)一樣，是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件。一般使用于底進(jìn)側(cè)出，此種調(diào)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(guān)系到能否很好地起到控制作用。對(duì)于一個(gè)具體的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，究競(jìng)選氣開(kāi)閥還是選氣閉閥，要由具體的生產(chǎn)工藝來(lái)決定。即當(dāng)氣源供氣中斷，或控制器出故障而無(wú)輸出，或控制網(wǎng)膜片破裂而漏氣等而使控制閥無(wú)法正常工作，以致閥芯回復(fù)到無(wú)能源的初始狀態(tài)(氣開(kāi)閥回復(fù)到全閉，氣閉閥回復(fù)到全開(kāi))，應(yīng)能確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不致發(fā)生事故。(4)從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮，以保證在控制閥失去能源時(shí)能所處的狀態(tài)能夠避免原料或產(chǎn)品的浪費(fèi)。 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)。比例控制規(guī)律（P）的特點(diǎn)是：控制器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)(偏差)成比例，即閥門(mén)的開(kāi)度變化與偏差變化有對(duì)應(yīng)關(guān)系。比例控制規(guī)律是最基本的控制規(guī)律，它既可以單獨(dú)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(jiǎn)單，整定方便的優(yōu)點(diǎn)。具有比例積分控制規(guī)律的控制器稱(chēng)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。把具有比例、積分、微分控制規(guī)律的控制器稱(chēng)為PID控制器，又稱(chēng)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(diǎn)，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(shí)間或容量滯后較大、負(fù)荷變化大、對(duì)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)。在比值控制系統(tǒng)中流量的控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控變量又不允許有余差，所以流量控制器應(yīng)選用比例積分控制規(guī)律(PI)?？刂破髟O(shè)置正、反作用的目的是為了適應(yīng)不同被控對(duì)象，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反饋控制的需要。假設(shè)對(duì)控制系統(tǒng)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(mén)開(kāi)度隨控制器輸出信號(hào)的增加而增大(氣開(kāi)式)為“十”；隨控制器輸出信號(hào)的增加而減小(氣關(guān)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(cè)量變送器放大倍數(shù)的符號(hào)肯定為 “十”。副控制器的正、反作用要根據(jù)副環(huán)的具體情況決定，而與主環(huán)無(wú)關(guān)。主環(huán)內(nèi)包括有主控制器、副回路、主對(duì)象和主變送器。這樣，只要根據(jù)主對(duì)象與主變送器放大倍數(shù)的符號(hào)及整個(gè)主環(huán)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的符號(hào)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(xiě), 它是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與繼電器邏輯控制概念而開(kāi)發(fā)的一代新型工業(yè)控制器,是專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它的主要功能有：①在線(xiàn)數(shù)據(jù)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(shí)、計(jì)數(shù)等；③數(shù)據(jù)處理功能，既能進(jìn)行基本數(shù)學(xué)、邏輯運(yùn)算，還可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法；④輸入/輸出信號(hào)調(diào)制功能；⑤通信、聯(lián)網(wǎng)功能，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、多臺(tái)PLC間聯(lián)網(wǎng)通信、外部器件與PLC的信號(hào)處理單元之間實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換等；⑥支持人機(jī)界面功能；⑦編程、調(diào)試等。 S7200簡(jiǎn)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(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)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(chǔ)器模塊、電池模塊、高速計(jì)數(shù)器以及CPU模塊等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。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(gè)字是集中管理和分散控制的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一個(gè)為滿(mǎn)足大型工業(yè)生產(chǎn)和日益復(fù)雜的過(guò)程控制要求, 從綜合自動(dòng)化的角度出發(fā), 按功能分散、管理集中的原則構(gòu)思，具有高可靠性指標(biāo), 不斷以新的技術(shù)成果充實(shí)而研制開(kāi)發(fā)出來(lái)的, 以微處理器、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心, 與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、顯示、人機(jī)接口技術(shù)、輸入輸出接口技術(shù)相結(jié)合的, 用于生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)采集和各種過(guò)程控制，它是一種處于新技術(shù)前沿的新型控制系統(tǒng)。（2）開(kāi)放性。它的硬件系統(tǒng)在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具有高度的可靠性、維修方便、工藝先進(jìn)。它是由以下元件所組成的，包括：操作站(HIS)、現(xiàn)場(chǎng)控制器(FCS)、工程師站( EWS)、ESB總線(xiàn)、ER總線(xiàn)、通訊網(wǎng)關(guān)(ACG）、OPC系統(tǒng)集成網(wǎng)關(guān)（SIOS）、V net/IP 控制總線(xiàn)。在HIS的監(jiān)視器上，操作員可以觀(guān)察到所有掛在通信總線(xiàn)的各個(gè)配備狀況，甚至可以觀(guān)察到控制站上的某一個(gè)I/O點(diǎn)的情況。系統(tǒng)各操作站是聯(lián)網(wǎng)、協(xié)調(diào)工作的,操作站之間是全透明、全容錯(cuò)的,可以實(shí)現(xiàn)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(nèi)順利傳輸,維持板坯對(duì)軋機(jī)的供應(yīng)量。上位監(jiān)控站主要承擔(dān)控制系統(tǒng)的所有操作、監(jiān)控。組態(tài)軟件支持鼠標(biāo)和鍵盤(pán)操作，人機(jī)界面美觀(guān)，實(shí)時(shí)幫助功能豐富，是設(shè)計(jì)低成本DCS的理想平臺(tái)。通過(guò)RS485通信口，將下位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)送到上位機(jī)，從而準(zhǔn)確地控制整個(gè)系統(tǒng)。STEP 7Micro/WIN提供軟件工具進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試程序，這些特征包括：監(jiān)視S7200正在執(zhí)行的用戶(hù)程序狀態(tài)，為S7200指定運(yùn)行程序的掃描次數(shù)，強(qiáng)制變量值等。信號(hào)處理現(xiàn)場(chǎng)的模擬量(如壓力、溫度、閥位等模擬電流信號(hào))采集和通訊的過(guò)程會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境里其他設(shè)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(dòng)和干擾等情況,因此通過(guò)模擬量模塊采集回來(lái)的數(shù)據(jù)最好不要直接使用,而要經(jīng)過(guò)濾波處理。上位機(jī)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(dòng)化軟件公司開(kāi)發(fā)的一套基于Windows平臺(tái)，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境是用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行各種處理，完成組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶(hù)窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開(kāi)或關(guān)閉。也就是，要在設(shè)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(hào)，并設(shè)定需要從設(shè)備中讀取的變量(如PLC中的寄存器D0)。在本窗口內(nèi)定義不同類(lèi)型和名稱(chēng)的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫(huà)連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。比如，當(dāng)做的監(jiān)控界面有一段說(shuō)明文字是根據(jù)PLC的兩個(gè)輸入點(diǎn)閉合的情況分別顯示不同的內(nèi)容，這就要在運(yùn)行策略窗口做一個(gè)if....then判斷。圖41 溫度報(bào)警及數(shù)據(jù)顯示畫(huà)面圖42 爐壓報(bào)警及數(shù)據(jù)顯示畫(huà)面對(duì)加熱爐的各段爐溫以及爐膛壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)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(tǒng),使燃燒更加完善,燃燒質(zhì)量大幅度提高,大大降低了軋鋼的生產(chǎn)成本,減少了廢氣污染,為生產(chǎn)高效奠定了可靠的基礎(chǔ)。目前，仍有相當(dāng)部分工業(yè)、企業(yè)在步進(jìn)式加熱爐加熱鋼坯過(guò)程中存在著控制精度不高，爐內(nèi)各段溫度均勻性差等問(wèn)題，達(dá)不到工藝要求，造成裝備運(yùn)行成本費(fèi)用高，產(chǎn)品品質(zhì)低下，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，急需進(jìn)行技術(shù)改造。其中步進(jìn)式加熱爐為三段式加熱爐，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℃。調(diào)節(jié)器根據(jù)安裝在均熱段側(cè)壁上的變送器測(cè)量的壓力變化去控制煙道百葉窗的開(kāi)度，以保證爐內(nèi)維持微正壓。爐膛壓力要保持在一定范圍內(nèi),過(guò)高會(huì)使?fàn)t門(mén)噴火損傷爐體及設(shè)備,過(guò)低則影響燃燒質(zhì)量和效果。電氣控制主要完成對(duì)輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯運(yùn)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(shè)備。 系統(tǒng)軟件調(diào)試系統(tǒng)軟件調(diào)試是在PC機(jī)上進(jìn)行,我們將PLC控制程序輸入PC機(jī)后,根據(jù)運(yùn)行要求,設(shè)定若干數(shù)字開(kāi)關(guān)量、模擬量,對(duì)系統(tǒng)的每一個(gè)功能進(jìn)行測(cè)試并在此基礎(chǔ)上不斷完善程序以達(dá)到系統(tǒng)要求。為了提高鋼坯的質(zhì)量，保證軋鋼生產(chǎn)能夠安全進(jìn)行，本文結(jié)合軋鋼生產(chǎn)狀況，根據(jù)生產(chǎn)工藝，分析了影響軋鋼生產(chǎn)的各個(gè)因素，設(shè)計(jì)了鋼坯加熱過(guò)程中爐膛溫度控制系統(tǒng)和爐膛壓力控制系統(tǒng)。本文針對(duì)步進(jìn)式加熱爐的生產(chǎn)工藝和控制要求設(shè)計(jì)了加熱爐控制系統(tǒng)，不僅使我們加深了對(duì)PLC、DCS等一系列控制方法的了解和實(shí)際運(yùn)用，而且從實(shí)際運(yùn)行的效果來(lái)看，總體方案設(shè)計(jì)合理，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，出鋼溫度符合要求，能源消耗降低，各方面均達(dá)到控制要求。通過(guò)這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，拓展了自己的知識(shí)面，鞏固了所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提高了獨(dú)立思考和獨(dú)立工作的能力。衷心地感謝在百忙之中評(píng)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(guān)心我