2022年步进式加热炉控制系统设计_.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 步进式加热炉掌握系统设计班级：测控技术与仪器 083 班设计日期 :2022 年 12 月 22 至 2022 年 1 月 2 号设计地点：安徽工业高校东校区名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录 第一部分：步进式加热炉 1. 步进式加热炉简介 3 2. 步进式加热炉结构 4 3. 步进式加热炉工艺流程 5其次部分： DCS 系统地选型 DCS 选型留意事项 7 本设计 DCS 选型 7 DCS 系统硬件选型 8 组态设计 8 设备安装 9 调试 9 第三部分：步

2、进式加热炉掌握系统设计方案 步进式加热炉地主要性能参数 9 步进式加热炉详细掌握方案设计 第四部分： DCS 组态图 9 JX-300 组态 13 加热炉掌握系统演示工程 14 温度报警显示 15 温度和炉膛压力监控 16第五部分：心得体会第六部分：参考资料一、步进式加热炉工艺流程步进式加热炉简介步进式加热炉步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁地上升、前进、下降、后退地动作把料坯一步一步地移送前进地连续加热炉 .炉子有固定炉底和步进炉底,或者有固定梁和步进梁.前者叫做步进底式炉,后者叫做步进梁式炉.轧钢第 2 页,共 17 页用加热炉地步进梁通常由水冷管组成.步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热

3、.名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 步进式加热炉特点和推送式连续加热炉相比,步进式加热炉具有以下优点：1. 可以加热各种外形相比地料坯,特殊适合推送式炉不便加热地大板坯和异型坯 .2.生产才能大,炉底强度可以达到 800-100kg/m2 h,与推送式炉相比,加热等量地料坯,炉子长度可以缩短10%-15%.3.炉子长度不受推送比地限制,不会产生拱料、粘连现象 .4.炉子地敏捷性大,在炉长不变地情形下,通过转变料坯之间地距离,就可以转变炉内料块地数目,适应产量变化地需要 .而且步进周期也是可调地,假如加大每一周期前进地步距,就意味着料坯在炉

4、内地时间缩短,从而可以适应不同金属加热要求 .5.单面加热地步进式炉没有水管黑印,不需要均热床 热良好与否而定 .6.由于坯料不在炉底滑道上滑动,料坯地下面不会有划痕 损坏,而步进式炉不需要这些修理费用 .两面加热地情形比较复杂,对黑印地影响要看水管绝.推送式炉由于推力震惊,使滑道及绝热材料常常7. 轧机故障或停轧时,能踏步或将物料退出炉膛,以免料坯长期停留炉内造成氧化和脱碳 .8. 可以精确运算和掌握加热时间,便于实现过程自动化 .步进式加热炉存在地缺点：和同样生产才能地推送式炉相比,造价高 多,水耗量和热耗量超过同样生产才能地推送式炉 推送式炉高 160KJ.15%-20% ；其次步进式炉

5、（两面加热地）炉底支撑水管较 .经数据说明,在同样小时产量下,步进式炉地热耗量比名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 步进式加热炉地结构步进式加热炉结构图图名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2炉底结构：从炉子结构看,步进式加热炉分为上加热步进式炉、上下加热步进式炉、双步进梁步进式炉等.这种上加热炉只有上部有加热装置,固定梁和移动梁是耐热金属制作地,固定炉底是耐或材料砌筑地炉子几乎没有水冷结构,所以热耗较低,只能单面加热,用于较薄钢坯地加热.

6、与推动式加热炉一样,为了满意加大钢坯地需要,步进式加热炉也进展了以下地加热方式,显现了上下加热地步进式加热炉 .结构图如图（ 2）. 图2 步进式加热炉炉底结构此炉底是架空地,可以实现双面加热,钢坯没有紧靠在一起,也可以看成是四周受热 .下加热一般只能用侧烧,上加热可以用轴向端烧嘴,也可以用侧烧嘴或炉顶端烧嘴供热.考虑到轴向烧嘴火焰沿长度方向地温度分布和各段温度地掌握,某些大型步进式炉有明显地炉顶压下,而下加热段设有端墙,以免各段温度之间相互干扰 .因此这样地步进式炉子长度温度调剂有更大地敏捷性 可以在炉顶上安装平焰烧嘴 .3传动机构：.假如炉子宽度较大,火焰长度又较短时,步进式加热炉地传动机

7、构分为机械传动和液压传动,目前广泛应用地是液压传动方式 .此种传动方式运行稳固、结构简洁、运行速度地掌握比较精确,占地面积小、设备质量小、比机械传动有明显地优点 .由于步进式炉很长,上下两面温度差过大,线膨胀地不同会造成大量地弯曲和隆起.为解决这个问题,目前一些炉子将大梁分成如干段,各段间留有肯定地膨胀间隙,变形虽不能防止,但弯曲地程度大为减轻,不致影 响炉子正常工作 .4密封结构：为了保证步进梁正常无阻碍地运动,在活动梁和移动梁之间要有肯定地间隙,对步进梁来说就在梁支撑穿过炉底部分有保证它运动地足够大地开孔.这些缝隙或开孔地存在虽然是必要地,但也简洁吸入冷风,影响加热质量和降低燃料利用率,也

8、可能造成炉气外逸,危害炉底下部设备,对轧钢用步进炉就必需考虑 密封问题 .目前有滑板式密封和水封两种密封形式,前者密封较差,水封密封较好 .步进式加热炉工艺流程一般情形下,加热炉沿炉膛长度方向分为预热段、加热段和均热段.进料端为预热段,炉气温度较低,其作用在于充分利用炉气热量,给进炉板坯预热到肯定温度,以提高炉子地热效率 .加热段为主要供热段,炉气温度较高,以利于实现板坯地快速加热,保证板坯加热到要求地目标温度.均热段位于出料端,炉气温度与金属料温度差别很小,保证出炉料坯地断面温度匀称 .一般用于加热小断面料坯地炉子只有预热段和加热段 .名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共

9、17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 钢坯加热是热轧生产工艺过程中地重要工序.其生产过程如下：对于步进式加热炉,钢坯地移动是通过固定梁和移动梁地周期运动来实现地 .钢坯位于固定梁上,移动梁反复地进行上升、前进、下降、后退地矩形运动,移动梁地每一个循环运动带动钢坯在炉前进一步,而且保证钢坯没有任何滑动 .传动机构地上下运动和前后运动分别是由独立地机构完成地.步进梁地进后运动多采纳油压传动方式,上下运动可以采纳油压传动也可以采纳电动方式 .钢坯被送到加热炉外地上料辊道上,经过测长后,从装料炉门进入炉内,然后在炉内悬臂辊道上进行对中定位,通过移动梁步进机械地周期运动,一步步地前进

10、 .当钢坯被输送到出炉位置,且已达到所要求地出炉温度,当接到答应出钢信号时,钢坯加热终止,由出料悬臂辊道从出料炉门送出,送往轧机进行轧制 .步进行程如图（3）固定梁移动梁2 固定梁水平面3 上下升降1 4 图（ 3）步进结构工艺过程如图（4）连铸出坯焜道预热段装料焜道加热段装料机口 均热段炉内固定梁 出料焜道名师归纳总结 图4 第 6 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 二、 DCS 系统选型DCS 选型留意事项 DCS 可以用于不同地工艺过程,它是通用地掌握设备. 经济性,应当从DCS 本身价格和估计所创效益角度考虑 承包方地技术力气,

11、也就是承包方对哪一工艺过程和DCS 本身比较熟识 . 售后服务问题,国外厂商通常情形下存在配品、备件供应价格高,且不能准时供应问 题.国内地 DCS 厂家配品、备件供应比较准时,售后服务方面做地也比较好 .也可选用 . DCS 地技术先进性,指系统采纳了经过验证地最新技术,并有进展前途和生命力 .选型不但要考虑工程规模和投资预算,仍要考虑到一系列其它地因素,选型是否恰当 往往从一开头就打算了该系统今后地命运,应谨慎考虑 .本设计 DCS 地选型 一般地工程工程,需要进行可行性讨论和工程地基础设计,以确定工艺基本要求、系 统地规模、测点地数目及特性（如量程、单位、阀特性、触点地常开和常闭等）、掌

12、握要 求（如联锁、常规掌握、特殊掌握等）、需监控地流程画面（如带测点地工艺流程图样式、操作界面地样式）、报表样式及要求、掌握室地布置设计等等.明确这些要求,为下一步地选型、组态、安装、调试等工作做了预备 .挑选浙大中控 JX-300X 组态系统 . JX-300X 系统硬件结构DCS 系统硬件选型依据系统实际测点和掌握情形,挑选系统需要地硬件设备（机柜、机笼、卡件、操作站等）,使硬件配置可以满意设计中地数据监控、画面浏览等要求,并为将来地系统扩展升级留有肯定地余量 .加热炉 I/O 点数名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - -

13、 - 检测区域AI 点数AO 点数DI 点数DO 点数预热段上热电偶热电阻420mA420m4226A1133预热段下1117335842一加上13335232一加下13337252二加上13335232二加下13337252均热上22222均热中22222均热下11335840公共部分71264220汽化冷却部分2842510组态设计依据前期设计和硬件选型地结论,用JX-300X 系统组态软件包中地相关软件实现掌握站、操作站等硬件设备在软件中地配置,操作画面设计,流程图绘制、掌握方案编写,报表制作等等 .一般地,组态设计依据以下地步骤进行：以系统整体构架为基础,进行总体信息地组态I/O 组态

14、（ I/O 设备、信号参数地设置）掌握组态（掌握方案地实现）操作组态（监控画面,如流程图等）对于一个工程地组态设计,主要是指利用 JX-300X DCS 系统组态软件包,在工程师 站上完成地设计、配置工作,这样地组态设计基本上是依据下面地步骤进行地：1. 整理硬件及 I/O 信息,安排测点 2. 建立组态文件 3. 主机设置 4. 掌握站 I/O 组态 5. 掌握方案组态 6. 操作站组态 7. 编译、修正设备安装设备安装之前,需要确定地是指掌握室地环境布置是否符合 DCS 工作要求,是否具备供电条件,接地系统是否完成,机柜、操作台等是否就位,电缆地铺设是否符合标准,现场外表地就位是否正常 .

15、确认安装地预备工作就绪以后,可以进行设备接线、卡件安装等工作 .调试在设备就位地基础上,可以进行组态地下载以及掌握系统地调试和联调 .这些工作地进行测试了系统地各设备地通讯是否畅通,硬件工作是否正常,现场设备能否依据配置正确地工作,掌握方案是否满意掌握要求 .三、步进式加热炉掌握方案设计名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 步进梁式加热炉主要性能参数炉子额定才能：90t/h有销炉底强度：500Kg/m2*h钢坯加热温度：10501080 摄氏度,最高 1150 摄氏度燃料：高焦炉混合煤气设计发热值： 7531KJ/m3

16、煤气接点压力：8000pa加热段 11501250 摄氏度,预热段700850炉膛掌握温度：均热段11001200 摄氏度,摄氏度,炉膛最高温度1350 度34 个烧嘴数量：均热段：共28 个,加热段烧嘴型号： BMT-3.34 煤气调焰烧嘴炉膛掌握压力： 020Pa空燃比： 1.24.5（随热值调整）掌握系统详细方案设计加热炉燃烧掌握系统对加热炉掌握来说,占有很重要地位置.它对于坯料加热温度地均匀,温度掌握地精确,合理地进行燃烧,节省燃料,防止冒黑烟,削减有害气体对环境地污染,都有重要地意义 .传统地加热炉炉温掌握通常采纳并行串级掌握方法或双交叉限幅掌握燃烧方法 .并行串级掌握方法比较简洁、

17、有用,而且负荷跟踪速度较快,但是在动态特性变化比较频繁地生产过程只能中,不能保持空气、燃料地较好跟随关系,难以实现正确空燃配比 .而双交叉限幅掌握方法就能保证正确空燃配比地实现,但同时也导致了整体上负荷跟踪速度地降低 .炉温掌握采纳具有快速补偿响应及抗积分饱和功能地双交叉限幅燃烧掌握方法 .加热炉各段炉温掌握采纳 PID 掌握,过程值来自于选定地热电偶地测量值 .2 根热电偶检测地温度偏差回路实时监视偏差值,温度偏差高时将报警提示操作工 .炉温掌握器有自动、手动两种掌握方式 .当煤气 /空气调剂阀输出达到 60%以上而煤气 /空气地流量过程值低于 20%时,煤气 /空气显示故障并停段 .在燃烧

18、负荷发生急剧变化地情形下,由于空气流淌管道与煤气流淌管道特性间地差异,各阀门地响应速度和系统地响应速度不同,会带来缺氧燃烧现象和过氧燃烧现象地发生.当负荷增加时,燃料系统所需地煤气流量和空气流量理论上同时上升,但由于空气流量通常滞后,燃烧空气过少,此时燃料不能得到充分燃烧,致使热效率降低,同时造成烟囱冒黑烟,污染环境 .相反负荷削减时,燃烧空气过多,余外地空气被加热后随废气一同带走,造成热效率降低,因此在燃烧掌握中采纳双交叉限幅掌握 主控回路,煤气流量和空气流量构成两个并联串级掌握系统.其结构是以出炉温度为一个 .其中,温度掌握器是主掌握器,实现温度地粗调,煤气流量掌握器和空气流量掌握器是平行

19、地副掌握器,完成精确控 制.通过双交叉限幅,副回路掌握器会在主回路地输出以及防止燃烧系统显现过氧和缺氧燃 烧地上下限中挑选一个合适地值给副回路掌握器作为设定值,这样,煤气流量和空气流量 会严格地依据一个合理地比值交替地上升,使实际地空燃比保持在合理地范畴之内,从而克服了传统地串级掌握系统存在地不足 .具有快速补偿响应功能地交叉限幅掌握方法,双交叉限幅燃烧掌握地响应速度受燃料流名师归纳总结 量掌握和空气流量掌握,响应速度地制约取决于其应较慢一方,通常是空气流量.掌握地响应第 9 页,共 17 页速度在炉温设定值动态优化设定地燃烧系统中,这一问题显得尤为突出通常地解决方法,是当- - - - -

20、- -精选学习资料 - - - - - - - - - 炉温设定值地变化率较大时,取消双交叉限幅功能代之以串级并行掌握.本文采纳地方法是在现有地双交叉限幅燃烧掌握地基础上增加一快速响应功能 速度 .,以改善空气流量掌握系统地响应这种掌握方法主要思想是在正常状态下采纳双交叉限幅燃烧掌握方法 ,当负荷大幅度升降其变化超过响应速度 ,较快地燃料系统限制地才能时 ,燃料系统限制环节地输入输出之差 ,经动特性补偿方向性增益补偿和补偿量限制环节后 ,与空气系统限制环节地输出相加 ,此信号作为空气流量掌握系统地设定值 .实行强制性前馈作用以此来加快空气系统地响应速度 ,快速解除对燃料系统地限制作用 . 图中

21、 A 为炉温调剂器地输出,B 和 D 分别为依据空气流量测量值求得地黑烟界限和空气过剩界限, C 和 E 分别为依据燃料流量测量求得地黑烟界限和空气过剩界限,K1-K4 为偏置数 , 为量程修正系数 , 为空气过剩率设定 .煤气 /空气流量掌握当空气和煤气管道压力过小地时候会造成回火事故,使加热炉既不能正常工作 .为了保证不发生这样地事故,煤气管道压力不能太小,因此需要在煤气和空气管道压力连续减小,而温度调剂系统无法发挥作用地时候需要完全切断煤气供应,对燃烧系统进行爱护,以防止回火,造成不必要地缺失 .煤气空气管道压力掌握系统框图如图 5所示：压力设定压力掌握器电动调剂阀气体管道压力检测变送图

22、（ 5）管道压力掌握框图图名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其掌握流程图如图 6所示：压力PT 压力给定PC 流量图（ 6）管道压力掌握流程图炉膛压力掌握炉膛压力是实现加热炉自动掌握地一个重要参数.当炉膛压力过高时,火烟就会从入出料口处大量冒出.这不仅使大量有效热量散失,增加炉子地燃料消耗,而且也简洁烧坏炉子地钢结构和炉墙钢板,降低炉子地使用寿命.同时,炉压过大引起地冒火仍会导致劳动环境地恶化 .当炉膛压力过低时,会吸入大量地冷风,不但增加炉子地热耗仍会增加钢坯地氧化 烧损,甚至引起烧钢 .因此,必需对炉膛压力进

23、行有效掌握 .在加热炉正确燃烧掌握系统地基 础上,炉膛压力掌握可以通过掌握烟道闸门地开启度或引风机调速来实现 .炉膛压力主要通过设于排烟管道上调剂阀地开度进行调剂,正常时应保持炉膛微正压 1020Pa,以防止外部冷空气侵入和火焰外逸 .以均热段炉压测点为被控参数,蓄热系统地 排烟管道上地调剂阀为操纵量 .以炉气平稳动身,烟道排烟量应当以供风量相平稳,故采纳 简洁地单回路掌握系统对炉膛压力进行掌握,有压力检测变送装置反馈回来地信号与给定 值进行比较,当炉膛压力增大时,增大烟道阀门地开度；当炉膛压力减小时,减小烟道阀门地开度；炉子待轧熄火时,烟道闸门应完全关闭,以保证炉温不会很快降低.炉膛压力炉压

24、掌握系统方框图如图7所示：炉膛压力设定压力掌握器烟道闸门烟道管道压力检测变送图（ 7）炉内压力掌握框图名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其掌握流程图如图 8所示：出口压力 PT PC Pr + 烟道图（ 8）炉内压力掌握流程图四、DCS 组态图JX-300 组态图名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 加热炉掌握系统演示工程

25、温度报警显示名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 温度和炉膛压力监控名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 五、心得体会通过这次地过程掌握课程设计,我学到了许多,不仅仅是学问方面 .刚接触到这个题目,感觉特别麻烦,对各种只是都不明白,因而,就开头了搜寻资料地过程 .但是网上地资料也并不是很全面,许多东西仍是很模糊,也去图书馆查阅了一些资料,再结合这自己所学地学问,渐渐地摸索出了一些门路.课程设计是一个综合性地题目,它包括地不只是过程掌握地学问

26、,仍有像 DCS,自动掌握原理等等地学问地结合,是融会贯穿地 .这就让我将自己高校几年里学地学问综合到了一起,对自己所学地学问体系有了更进一步地懂得 .老师也进行了课程设计地答疑,让一些同学共享了自己做课程设计地体会,再加上老师地讲解,我对这次课程设计地思路、学问有了更加深刻地熟识,也给我做课程设计时有了肯定地指导方向 .通过我们小组成员地共同努力,我们胜利地将这次过程掌握课程设计完成了 .这次课程设计,让我学到了不少实际工程运用地学问,加深了我对课本学问地懂得 .同时,也锤炼了我对于问题分析,进而进行搜寻、聚集、整理资料地才能 .不仅如此,他仍增强了我地团队意识,学习了团队地精神.总之,这是

27、课程设计不只是一次学问地领会,而且是对我人生进展地综合考查.我也能不断督促自己做地更好,不断地进步.六、参考资料名师归纳总结 1.自动化外表与过程掌握施仁,刘文江,郑辑光编第3 版北京：电子工业出版社第 16 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2. 电子文献：中国优秀硕士学士论文（加热炉掌握） 3. 浙大中控 JX-300X 系统与应用【期刊论文】周小力 4.组态软件应用指南 版社 ,2022 5.分布式掌握系统:组态王 Kingview 和西门子 WinCC 王善斌主编北京:化学工业出DCS 设计与应用实例/王常力 , 罗安主编北京:电子工业出版社,2004 6.电子文献：中国优秀硕士学位论文（加热炉掌握）名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 17 页