基于PLC的钢厂热连轧感应加热炉控制系统实现

2016-11-09 22:11彭建军谢丽君
数字技术与应用 2016年9期
关键词:钢厂控制系统

彭建军 谢丽君

摘要:随着我国经济和科技的飞速发展,环境问题和能源问题也越来越严峻,在这种背景下,人们提出了节能技术。钢厂是能源消耗比较大的企业之一,人们对钢厂中的节能技术,提出了更高的要求。大功率感应加热炉技术在钢厂的热连札系统中,功率比较大的感应加热炉被广泛的应用,利用西门子生产的PLC,对感应加热炉进行自动控制,以此来实现热连札温度的分布控制要求,达到钢厂节能降耗的目的。

关键词:PLC 钢厂 热连轧 感应加热炉 控制系统

中图分类号:TH868 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2016)09-0007-01

在钢厂热连轧的生产线中,使用感应加热炉来对钢坯加热,在很大程度上可以提高生产效率,并且还会减少对环境的污染以及节能降耗。因为在以往加热过程中影响加热效果的因素有很多,不能满足实际需求。选择PLC来作为控制器,再加上上位机组的监控软件,就能使加热炉安全、稳定的运行加热,还能对加热过程进行实时的监控。

1 热连轧加热炉控制系统硬件的设计研究

采样输入环节、PLC控制器、输出执行三个部分组成了这个控制系统硬件。对钢坯的温度进行测量后输入,对钢坯移动的速度进行测量后输入,对加热炉的电流和电压以及频率进行测量后输入,还有报警信息的输入等一些输入,构成了系统的采样、输入部分[1]。

对钢坯的温度进行测量时,可以安装上三个测温仪,Tmp1测温仪是提前的测温点,在距离入口比钢坯长度稍微长一些的位置放置。这个测温点是用来对钢坯温度的分布进行扫描的;Tmp2测温仪要在距离入口500毫米左右的位置放置,这个测温点是对钢坯进入加热炉时实际温度进行记录的;Tmp3测温仪要在距离出口500毫米左右的位置放置,这个测温点是对钢坯出加热炉时的温度分布进行记录的。通过对变频器的频率进行测量,来实现对钢坯移动速度的测量,主要是计算轨道滚轴转速,来计算出钢坯的行进速度。通过一些变送器(电流、电压以及频率)来对电流、电压和频率进行测量,通过现场强电的减少,也就减少了对控制信号的影响,使控制系统可以稳定的运行。

一般情况下,控制系统的规模都较为精巧,选择西门子PLCS7-200系列中的CPU226来作为控制器,再加上EM235一个和三个EM231。变量类型和分配主要分为:开关量输人,主控八路保护信号,电源两路状态信号,外围的设备四路保护信号,远程一路急停信号,一路高速的计数器,一共是十六路;开关量的输出,远程继电六路操作信号;模拟量的输入,系统可选择十六路,其中,十二路作为实用,四路作为备用(电压、电流个两路),在这当中,六路0-10伏电压信号,六路4-20毫安电流信号;模拟量的输出,模拟输出一路,把信号传送到主控板上,主要是对PLC的输出电压进行调节。

输出的执行部分:一路模拟调压的输出信号以及六路远程的继电操作信号。继电器闭合过程,就能够使主控和动力电源启动,模拟的输出信号一路,来对输出电压进行控制调节。

2 热连轧加热炉控制系统软件的设计

2.1 热连轧加热炉控制系统中的控制方式

对钢坯入炉前的温度分布进行实际测量,钢坯温度头低尾高,还会受到氧化层的影响,所以,测试温度存在跳变,通过滤波来处理采集后的温度。钢坯在炉内的加热效果和其进人体积有关系。钢坯行进过程分为三个阶段,所以,把加热过程分为:首先,钢坯的头部从进到出过程,炉内从无钢坯到满炉的连续状态,空载逐渐变成满载;然后,炉膛内充满钢坯的过程,整个过程是匀速且连续的,加热炉满;最后,钢坯尾部从进到出,加热炉内从满炉坯到无刚的状态,从满载到空载。

2.2 控制方案

根据机理来建模和实验数据的分析,可得到模型结构如图1所示。

其中Tmp2是钢坯人炉时的温度分布,Tmp3是钢坯出炉时的温度分布,Spd是钢坯的移动速度,Iout是输出电流,Vout是输出电压,VGD是电压的设定值,GI(S)是愉出电流的传递函数,Gc(S)是电压控制器,Gd(S)是驱动特性函数,Go(S)是温度特性函数,Ge(S)是优化电业的设定曲线。

2.3 输出电压控制器的实现

控制系统在实施的过程中,利用神经网络来进行初步分析,可以得到Gd(S)和一个一阶的对象模型比较相似,所以,用PID控制器来作为输出电压控制器。

2.4 实际运行的效果

在控制系统设计以及实验后,经过现场的安装和调试,在无锡华冶工业炉科技有限公司正式运行。经加热炉加热后,钢坯的温度都在1100摄氏度左右。通过实际运行发现,钢坯入炉前温度分布的越均匀,在其进入加热炉后,整体的加热效果就越好。

3 结语

经上述分析得出,在大功率热连轧感应加热炉的控制系统中,选择PLC为其核心控制器,能够对连轧钢坯升温过程进行有效掌控,同时,通过现场的应用可以证明,这种技术的应用,可以使系统节能降耗。

参考文献

[1]陈张平,史兴盛,孔亚广,等.基于PLC的钢厂热连轧感应加热炉控制系统实现[J].化工自动化及仪表,2012,39(11):1479-1481,1499.

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