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PLC及特殊功能模块在加热炉自控中的应用

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日期:2006-4-22 0:23:03     来源:本文摘自《PLC&FA》   作者: 点击:
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1  引言
    莱钢轧钢厂中小型车间加热炉为步进炉,用来对连铸坯进行加热。使用燃料为高炉和焦炉混合煤气,钢坯需要经五段加热区加热到适当温度后出炉。加热炉燃烧介质各参数的稳定运行非常重要,它直接影响到烧坯的质量,并涉及着安全生产等重大问题。在生产过程中对加热炉炉压和温度的稳定有严格的要求,比如燃气的流量和温度等等。要想实现这些参数的稳定,并且达到较好地配比有不同的方法可以实现。炉区仪控的热工检测控制量共573点,其中模拟量输入98点,模拟量输出24点,开关量输入261点,开关量输出190点。调节回路16套,分别对加热炉的煤气、空气的流量、压力,炉内温度,换热器的保护等进行控制。

    随着微电子技术的发展,PLC产品在其功能和性能指标上都大大地丰富和完善,因此,我们就应用PLC的一些特殊功能模块和一些普通的I/O模块对加热炉的各个参数进行自动控制,包括前面提到的各种参数、以及通过PLC和变频器的通讯实现对变频器输出频率的控制。

2  系统构成
本系统上选用一台上位机MASTER  VIEW,一台监控站Operate Station520配以ABB  ADVANT  BUILD软件包,PLC部分选用ABB  MASTER PIECE200/1,它具有成本低、运行可靠、功能较强的特点。本系统大致可以分为三个部分;
(1) 仪控系统以及PID调节部分;
(2) 双交叉限幅燃烧系统;
(3) PLC和变频器的通讯部分。
系统构成框图如图1所示。


图1    系统配置图



3  仪控系统组成及控制功能
    现仪控系统16套自动调节回路中,均采用PID调节,操作方式分为自动、手动方式,执行机构有14套电动方式、2套液动方式。操作站实行对炉子的状态监控、意外事件报警等功能。

3.1 仪控系统的检测
    入炉煤气、空气的流量检测由管路孔板检测差压,经差压变送器转换成标准信号(4~20mA)进PLC。入炉煤气、空气的压力从管路出压口取煤气压力与大气压力比较所得差压信号,经差压变送器转换成标准信号进PLC。炉子的炉温(S型)、换热器处温度(K型)由热电偶检测进PLC。所有信号经PLC分别计算转换后,参与控制,并可在操作站显示。

3.2 加热炉压力控制
为保证助燃空气与煤气压力保持稳定、使炉内燃烧顺利进行,煤气和空气的压力必须进行控制。加热炉炉内压力过高,过低都不恰当,过高会使炉门喷火并损伤炉子设备,过低会使加热炉吸入冷空气,影响加热炉燃烧质量及效果,炉内压力的控制也很重要。
(1) 助燃空气压力控制
助燃空气压力的大小,是保证喷嘴正常工作的重要条件。助燃空气压力调节是PID调节。如果设定值与反馈值存在偏差,PID调节开始进行,尽可能在短时间内使偏差最小。当反馈值大于设定值,经PID运算后向阀门输出控制信号,使阀门关小,于是压力下降,当反馈值小于设定值,经PID运算向阀门输出信号,使阀门开大,压力升高。
(2) 煤气压力控制
煤气压力控制阀主要起安全保护作用,煤气和空气若是出现低压,将会出现事故。所以在煤气和空气主管道上,分别装有两个低压开关,在换热器前后也各装有一个。任意一个低压开关动作,将会使煤气主关断阀都会自动关闭,停炉,保护加热炉。
(3) 加热炉炉内压力控制
炉内压力一般要求保持微正压控制。炉压滞后大,时间常数小,因此采用前馈—负反馈调节。系统调节方块图如图2所示。


图2 系统调节方块图


3.3 换热器保护
    常温的煤气、空气通过换热器后以300-4000C进入炉内燃烧。换热器的温度不能过高,也不能过低。过高损坏设备,过低会使煤气结露,生成弱酸腐蚀换热器。

3.4 PlD调节
    PID调节部分共16路,包括预热段、加热上段、加热下段、均热上段、均热下段煤气、空气的温度、流量等参数的控制。PID控制主要通过PID控制单元,该单元主要有以下特性:

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