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罩式爐

集散控制系統(tǒng)在冷軋罩式爐上的應(yīng)用

 

摘 要：本文首先介紹了全氫罩式爐的概念以及其工藝過程，隨后根據(jù)原有工藝技術(shù)和該廠控制技術(shù)要求，，對原全氫罩式退火爐的控制系統(tǒng)進行改造設(shè)計。新的自動控制系統(tǒng)以退火溫度曲線為目標，實現(xiàn)退火過程的溫度模糊控制。運行結(jié)果表明該自動控制系統(tǒng)升級改造成功，不但減少故障吹掃率，而且提高全氫罩式爐的生產(chǎn)率，實現(xiàn)了全氫罩式爐退火過程的自動化和信息化。 

一、全氫罩式退火爐簡介
1、概述
全氫罩式爐是一種退火工藝水平很高的罩式退火設(shè)備，具有生產(chǎn)效率高、退火產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)，介質(zhì)、能量消耗低等優(yōu)點，是改善和提高冷軋產(chǎn)品特別是冷軋帶鋼表面質(zhì)量的重要設(shè)備，在冷軋產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了普遍應(yīng)用。
 
2、罩式爐退火工藝過程簡述 
    全氫罩式爐設(shè)備包括爐臺、內(nèi)罩、加熱罩和冷卻罩。其工藝過程如下：爐臺裝料，放置內(nèi)罩并利用液壓裝置壓緊內(nèi)罩；檢驗H2閥和爐臺內(nèi)罩密封性，確保系統(tǒng)安全；用氮氣吹掃內(nèi)罩內(nèi)空氣，使內(nèi)罩內(nèi)氧含量減少到1%以下，為通入氫氣做好準備；在內(nèi)罩外放置加熱罩，內(nèi)罩和加熱罩之間為燃燒區(qū)間，用空氣吹掃燃燒區(qū)間的殘余煤氣。當內(nèi)罩內(nèi)氧含量低于1%時，開始加熱點火；并用氫氣置換內(nèi)罩的氮氣實現(xiàn)全氫氣氛退火過程；退火過程的加熱段、均熱段，控制氫氣流量吹掃；熱密封測試；帶加熱罩冷卻；吊走加熱罩/熱輻散/安裝冷卻罩；冷卻罩冷卻、噴淋水冷卻；用氮氣吹掃爐內(nèi)氫氣；鋼卷吊運出爐。

二、全氫罩式退火爐改造前存在的問題
    該廠冷軋罩式爐的全氫罩式退火爐控制系統(tǒng)年代久遠，備品備件無法購買；原系統(tǒng)也不能支撐目前的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，必須進行控制系統(tǒng)的改造升級，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。
 
三、控制系統(tǒng)改造方案設(shè)計
 
1、概述
根據(jù)原有工藝技術(shù)和該廠控制技術(shù)要求，，對原全氫罩式退火爐的控制系統(tǒng)進行改造升級。新的自動控制系統(tǒng)以退火溫度曲線為目標，實現(xiàn)退火過程的溫度模糊控制。運行結(jié)果表明該自動控制系統(tǒng)升級改造成功，不但減少故障吹掃率，而且提高全氫罩式爐的生產(chǎn)率，實現(xiàn)了全氫罩式爐退火過程的自動化和信息化。 
 
 
 
2、溫控系統(tǒng)控制方法
 
（1）.全氫罩式退火爐共19臺，分組分別采用可控硅調(diào)壓溫度控制。
 
（2）.每臺全氫罩式退火爐采用KY3000系列一體化智能三相可控硅調(diào)壓器為基本功率調(diào)整單元，其具有智能型專家PID自整定調(diào)節(jié)移相觸發(fā)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)爐溫實時采集功能，并通過PID調(diào)節(jié)移相觸發(fā)可控硅調(diào)節(jié)加熱功率進行溫度控制；內(nèi)部集成負載輸出電流、電壓采集模塊可對負載電流及電壓進行采集跟蹤及保護；同時該功率調(diào)整單元自帶串口通訊接口，可實modbusRTU通訊。KY3000系列一體化智能三相可控硅調(diào)壓器為基本功率調(diào)整單元分別對每臺電爐進行溫度控制，可滿足0.5％的控溫精度。
 
（3）.單臺全氫罩式退火爐溫控系統(tǒng)采用的是一對一工作模式，每一套獨立溫控系統(tǒng)主電路分別由空開、交流接觸器、快速熔斷器、KY3000一體化智能三相可控硅調(diào)壓器（帶散熱器、冷卻風(fēng)扇），冷卻風(fēng)扇及相關(guān)檢測和保護電路組成；每臺全氫罩式退火爐控制系統(tǒng)上安裝一臺人機界面（觸摸屏），綜合顯示各系統(tǒng)工作狀態(tài)，同時可直接對每一個子系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄等操作。用戶可以通過各系統(tǒng)的人機界面很直觀的對各工作的設(shè)備進行操作，達到用戶自己真正的需求。
 
（4）. 控制系統(tǒng)集中配電、集中控制?？刂葡到y(tǒng)及監(jiān)控電腦放置于監(jiān)控室，實行遠程監(jiān)控，電爐位于實驗室工作區(qū)。19臺全氫罩式退火爐最終由一臺PC工控機進行集散控制。
 
（5）.控制系統(tǒng)可選用操作臺結(jié)構(gòu)形式或控制柜結(jié)構(gòu)形式。其中操作臺結(jié)構(gòu)形式為，采用兩臺（高）1200mm*（寬）1200mm*（深）800mm的控制臺及一臺（高）1200mm*（寬）800mm*（深）800mm的電腦操作臺組合而成,采用前后開門模式，操作臺正面用于日常集中控制操作，后開門有利于維護及檢修。
 
3、電腦集散監(jiān)控系統(tǒng)方案
 
為方便操作和管理，整個熱處理控制系統(tǒng)采用全電腦集散控制監(jiān)控，所有功能模塊均帶有MODBUS通訊接口，能方便地與計算機聯(lián)機工作,考慮到簡單、方便、適用的原則，計算機顯示組態(tài)主要由“溫度控制系統(tǒng)總貌”、“實時曲線”、“歷史報表”、 “歷史曲線”、“參數(shù)設(shè)定”、“報警記錄”等多個畫面單元組成。計算機開機后點擊桌面的組態(tài)運行系統(tǒng)，即可進入“xx系統(tǒng)”。
 
 
 
（1）.系統(tǒng)的控制軟件系為電爐“量身定做”的專業(yè)測控軟件，充分考慮了電爐運行各道工序的需求和特點，充分考慮了該行業(yè)的特點和各種個性化需求；具有很強的針對性。 
 
（2）.參數(shù)設(shè)定方便直觀。通過上位機或觸摸屏上相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置界面，可以直觀地對每一套系統(tǒng)控制參數(shù)進行設(shè)置和操作。
 
（3）.工藝曲線圖形化設(shè)置、管理與操作是本系統(tǒng)軟件設(shè)計的一大特色。通過上位機或觸摸屏上相應(yīng)的工藝參數(shù)設(shè)置界面，可預(yù)先設(shè)置10條以上工藝參數(shù)曲線，實際應(yīng)用時，操作人員只需選擇與處理材料相對應(yīng)的工藝參數(shù)曲線，即可完成所有相關(guān)參數(shù)的設(shè)定和更新。通過上位機對電爐的管理（包括工藝曲線的設(shè)置、下傳、啟停等操作）變得十分簡單。
 
（4）.自動記錄過程控制曲線。對箱式爐各區(qū)、各臺智能儀表的工藝控制均有獨立的記錄曲線，記錄文件可長期保存在硬盤中作為歷史記錄供隨時調(diào)閱、打印。
 
（5）.完善的報警功能，記錄報警原因，事件記錄可長期保存。
 
（6）.用戶分為實驗員和管理員，不同用戶的權(quán)限級別可以設(shè)置。對關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置、改動具有密碼保護，試驗員和管理員均可進行更改和設(shè)置，但需記錄更改和設(shè)置的時間、具體更改數(shù)據(jù)及更改人的用戶名。僅管理員可以進行試驗結(jié)果數(shù)據(jù)的查詢、修改、導(dǎo)出。
 
（7）.電量采集與記錄功能，能實時顯示每臺電爐的電量使用情況，可以對每臺電爐單獨記錄電量使用情況，可通過歷史數(shù)據(jù)或曲線對比隨時了解電爐耗電量是否有異常，隨時掌握單臺/匯總的電量使用情況，避免異常電能損耗。
 
（8）.系統(tǒng)具有良好的擴展性，此方案系統(tǒng)配置可支持30個接口。
 
    綜上所述，整個控制系統(tǒng)功能完善，可靠性高，實時監(jiān)控電量使用、節(jié)能省電，同時完全能夠滿足冷軋19座罩式爐的工藝監(jiān)控操作、報警消息、歷史數(shù)據(jù)歸檔、實時數(shù)據(jù)、退火曲線顯示等要求。 運行結(jié)果表明該自動控制系統(tǒng)升級改造成功，不但減少故障吹掃率，而且提高全氫罩式爐的生產(chǎn)率，實現(xiàn)了全氫罩式爐退火過程的自動化和信息化。