高线步进梁加热炉控制系统设计与应用

摘要

加热炉是冶金企业最主要的耗能设备，其自动控制策略是过程控制领域内的一个重要的研究方向。如何使自动控制系统能够确保钢坯的加热质量、节约加热炉的能耗、确保燃烧系统的最佳燃烧、延长加热炉设备的寿命以及降低对环境的污染一直是该研究领域要致力解决的问题。　　 本文总结了自动化控制技术的发展和现状，介绍了目前国内加热炉控制技术和方法。并且以江西九江钢厂高线加热炉为背景，介绍了步进梁的工作原理，并完成了加热炉基础自动化系统的一级控制，包括炉温控制、炉压控制及汽包水位控制。　　 在通过对高线加热炉的工艺过程的仔细研究，利用PLC技术，网络通信技术，在现场总线的基础上，采用技术实用、性能可靠、经济实用、指标先进的电控仪控的装备水平，结合高线步进梁式加热炉运行的特点，设计了不同形式的既简单又实用的控制结构和算法，实现高线步进梁式加热炉的自动化控制。　　 采用PLC实现仪控和电控系统，把步进梁式加热炉控制系统分为3套PLC控制站，分别为电气PLC和仪表PLC以及汽化冷却PLC。仪表电气传动用的控制器通过同一控制网与操作站的服务器连接，通过采用网络技术和现场总线技术，将控制系统与过程机，现场智能仪表和传动设备连成一个整体，从而构成仪电一体控制系统。　　 本文着重研究了高线步进梁式加热炉PLC控制系统在炉温控制系统、炉压控制系统、汽包控制系统的具体应用，还有关键设备如：装钢机、出钢机、步进梁、炉前炉后辊道、燃烧控制、方坯物流跟踪等控制对象的具体控制软件流程。完成了江西九江钢厂高线加热炉自动化控制系统。实现小方坯输送、测量、装出料、物流跟踪、加热炉燃烧控制以及钢坯库的数据信息交换，通过PLC和二级计算机系统进行顺序、定时、联锁与逻辑控制，实现了操作自动化与物料系统的全线跟踪管理，达到了加热炉生产的高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求。最后给出了PID控制算法。

目录

文摘

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声明

第1章 引言

1.1加热炉发展和现状

1.2加热炉控制技术发展和现状

1.2.1加热炉自动控制现状和存在的问题

1.2.2加热炉自动控制应用的主要技术

1.2.3加热炉自动控制的发展方向

1.3高线连续式加热炉简介

1.4本文的主要工作

第2章 工艺及设备简介

2.1江西九江钢厂高速线材热连轧机生产工艺流程概述

2.2高线步进梁式加热炉工作原理

2.3高线加热炉基本情况介绍

第3章 控制系统的构成

3.1计算机控制结构

3.2系统控制系统配置

3.3上位机监控软件及功能实现

3.3.1上位机监控软件WinCC简介

3.3.2上位机实现的基本功能

第4章 控制系统监控功能设计

4.1 HMI操作画面主要功能

4.1.1流程图监控功能

4.1.2实时趋势监视功能

4.1.3参数操作、调整功能

4.1.4报警管理功能

4.1.5历史数据管理功能

4.1.6检测参数表

4.1.7报表功能

4.1.8操作等级功能

第5章 加热炉控制方法研究

5.1概述

5.2加热炉炉温控制

5.2.1双交叉限幅控制策略

5.2.2空气过剩系数u自动修正策略

5.2.3炉温模糊控制技术

5.2.4其它功能设计

5.3加热炉炉压控制

5.4煤气总管压力控制

5.5空气总管压力控制

5.6水封槽液位测量

5.7换向自动化控制

5.8仪控安全保护系统设计

5.9其它控制设计

5.10汽化冷却仪表控制

5.10.1汽化冷却系统仪表控制功能

5.10.2汽化冷却电气控制系统

5.11加热炉电气基础自动化设计

第6章 PLC系统的数字PID算法

6.1理想的数字PID控制算法

6.2数字PID控制算法的改进

第7章 结论与展望

7.1结论

7.2进一步工作的方向

致谢

参考文献