2022年蓄热式加热炉仪表自动控制系统 .pdf

273 蓄热式加热炉仪表自动控制系统【摘要】主要介绍了蓄热式加热炉的仪表控制系统的功能、程序设计、网络组态。【关键词 】PLC控制调节温度换向系统1. 前言张家口宣龙高速线材有限责任公司（以下简称宣龙公司）二线、三线加热炉采用蓄热式燃烧技术，蓄热体为蜂窝体， 通过炉墙侧部的空气蓄热烧嘴和煤气蓄热烧嘴进行供热，分三个供热段， 分别为加热段、加热段、均热段，个供热段上下供热比约为45%/55% ，最终将空气和煤气分别预热到950以上再喷入炉膛。各段空气蓄热烧嘴和煤气蓄热烧嘴的分布见下表1。在燃烧工艺中，流量、压力调节系统是一个重要的调节系统，系统的调节品质、工作方式的稳定性、可靠性以及使用上的方便性对炉温的稳定具有重大的影响。研究如何更好地应用仪表控制系统和提高系统的稳定性，使炉况顺行具有重要的意义。表 1 各段空气蓄热烧嘴和煤气蓄热烧嘴的分布及燃料配比序号供热段空气蓄热烧嘴数（个）煤气蓄热烧嘴数（个）燃料配比% 1 加热段上4 4 17 37.5 2 加热段下4 4 20.5 3 加热段上6 6 17 37.5 4 加热段下6 6 20.5 5 均热段上6 6 11 25 6 均热段下6 6 14 7 总计32 32 100 100 2. 仪表控制功能及特点2.1 仪表控制的功能(1) PLC 系统完成对生产过程中各种数据的采集，输入/ 输出信号的变换、处理、显示、记录、积累、运算、连锁报警等功能。(2) 操作人员能通过对总貌画面、流程画面、趋势记录、报警等画面的观察，分析问题。操作人员既可以在控制柜的手操器上对各台调节阀进行操作，也可以在工空机的操作画面上进行操作。(3) 完成炉温、炉压的自动控制功能。炉温控制采用以炉温为设定值、空气煤气自动配比调节的串级与双交叉限幅相结合自动控制；炉压控制是系统监视两段炉压、炉膛压力，采用单回路自动控制。(4) 完成换向功能。本加热炉是分侧分散换向系统，采用二位三通阀使加热炉每侧同一段内的上下几个空气烧嘴共用一个二位三通阀换向阀对空气与煤气进行换向；每侧同一段内的上下几个煤气烧嘴共用一个二位三通阀换向阀对烟气与煤气进行换向。这样的换向节约了煤气消耗。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 274 2.2 仪表控制的特点(1) 采用先进的PLC系统进行数据采集和系统状态监视和自动控制(2) 采用成熟的ET200模块化设计、操作方便。(3) 通过手操器配以PLC系统，完成对炉温、炉压、风煤比的控制。(4) 现场仪表具有较高的测量精度和可靠性，为控制系统的可靠运行提供保障。3.PLC控制系统的设计3.1 设计思想整个系统采用手操器配以西门子的PLC-400 系统来完成加热炉的过程控制及过程检测。尽量减轻操作人员的劳动强度，提高加热炉的生产效率和降低能耗，并确保操作安全，实现生产过程自动化。3.2硬件构成PLC控制站是选用西门子的S7-400，并根据控制要求选用了相应的模拟量输入输出模板以及开关量输入输出模板。整个系统分了五个ET200站。前三个站采集炉仪表的流量、温度、压力；第四个站负责换向系统；第五站控制风机和液压站。3.3 软件组态加热炉的用户程序是基于WINDOWS XP操作平台，使用西门子公司的Step7 V5.3控制系统软件，完成系统硬件组态地址和站地址的分配以及加热炉用户程序的设计。利用 Step7 软件的梯形图编辑器进行控制程序的编辑。梯形图程序包括三部分: 第一部分是背影功能块，对各输入数据参数进行数据的转换和整形，任意调用，还有背影数据块，它是根据控制调用某类背影功能块。第二部分是整个系统的逻辑控制包括换向系统控制、鼓风机 引风机的启停条件、以及压力与快切阀的联锁控制。换向系统的逻辑控制功能有：(1) 定时换向：当换向系统处于自动运行状态时，换向阀以一定的时间间隔完成换向动作。(2) 定温换向：当排烟温度过高时，系统将强制换向阀换向，直至排烟温度下降到设定的温度范围(3) 手动换向：当系统处于手动状态时，可在画面上对系统中的每个换向阀进行手动换向，便于调试和故障处理。(4) 动作异常报警：当换向阀阀位异常或长时间动作不到位时，画面上会出现报警指示灯闪烁并指示故障点所在位置，蜂鸣器报警。鼓风机、引风机的启停条件比较简单，通过机旁箱和画面上的按钮操作就可以了。不管是机旁操作还是画面操作都经过PLC输出点输出。煤气压力、空气压力、压缩空气压力分别低于 4KPa、4KPa、0.4MPa 时，操作画面会闪烁，提醒操作人员处理；分别低于3.5KPa、3KPa 、 0.3MPa 时切煤气分管；煤气压力、空气压力分别低于2KPa、2.5KPa 时且煤气总管。第三部分调用西门子自带的功能块。完成加热炉的自动调节，主要应用了PID 运算调节。控制方法采用双交叉限幅控制，即以路顶端一支热电偶作为温度到实际测量值，与设定的温度值比较，控制空气与煤气的流量。 同时在程序中增加手/自动无扰动切换功能，使操作更简单方便稳，也就是说在手 / 自动切换时，自动的调节阀的阀位置直接设定调节的输出值而无需进行计算。4. 人机界面和通讯网络组态人机界面的画面监控采用SIMENS公司的 Wicc sp3 软件，具有很强的实时性。画面具有显示和操作功能：显示各类数据、历史趋势和报警；操作人员可以在手操器自动的状态下在画面上调节各个调节阀的开度。操作人员可通过画面数据来判断炉内的燃烧情况，还可通过画面曲线来分析各种问题，以便满足生产的需要。加热区的网络分为两种：一种是Probus-DP，另一种为Ethetnet（以太网）详细网络如下图。PROFIBUS-DP 燃烧仪表操作站汽化仪表操作站WICC WICC名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 275 5. 结束语蓄热式加热炉投运以来，一直运行稳定可靠，该系统自动化程度高，操作灵活简单，可靠性高，抗干扰能力强，易于扩展，易于维修，其工艺技术及自控水平在国内同行业是较快完成达产的。参考文献1 西门子（中国）有限公司，STEP7 ，V5.3 编程手册 K 。2 西门子（中国）有限公司，STEP7 ，WINCC ，V6.0 速成手册。3 现代电气控制及PLC应用技术 M ，北京航空航天大学出版社，2004。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -