控制系統(tǒng)文章編號:1008-05700200606-1-0097-03水煤漿退火爐監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設計The Research and Design of the Coal Water Mixture Fuel Anneal Furnace Supervise andcontrol system(揚州大學王永華王穎秦炳熙Wang, Yanghua Wang, Ying Qin, Bingxi摘要:針對用水煤漿作為燃料鋼管連續(xù)退火爐工藝要求,采用“組態(tài)王"為監(jiān)控軟件,用可編程序控制器S7-200P1C)作為下位機的控制(IPC+PLC系統(tǒng))方案。退火爐的爐溫、煙氣含氧量的采用智能門變頻控制,提高控制精度和燃料的熱效率,降低引風機電耗。系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、通信、設備狀態(tài)控制和教據(jù)管理一體化,實現(xiàn)遠程監(jiān)控,取得了良好的經(jīng)濟效益。關鍵詞:水煤漿退火爐;PLC;智能PID控制;變頻控制;監(jiān)控系統(tǒng)中圖分類號:TP273文獻標識碼:BABSTRCT: Considering the technological requirement of process in continuous fumaces for steel tube annealing which use coal watermixture as fuel, the scheme to develop the control system(IPC+PLC), using"King View"as supervisory software and s7-200 as fieldntroller is put forward. The furnace temperature and 02 concentration of smoke control are carried by variable-frequency controlsystem with intelligent PI algorithm. The system improves the control accuracy and fuel thermal efficiency, and reduces the eost fromthe induced draft fan. It is integrated with data collection, communication, state control of facilities and data management, remote su-pervising and by which good economic benefits is obtained.Key Words: coal water mixture anneal l; PLC transducer timing intelligence PI control; Supervise and control system1引言個爐段。當待退火的鋼管連續(xù)緩慢地經(jīng)過這3個爐段時鋼管的溫度650℃-850℃范圍內變化,滿足退火工連續(xù)退火爐具有能耗小、生產(chǎn)能力大等優(yōu)點在藝曲線的要求,使主要性能指標晶間腐蝕率得到保冷軋冷拔等冷加工鋼材后的退火處理中得以迅速推證,達到鋼管退火的目的。廣。目前連續(xù)退火爐的燃料主要采用煤氣、燃油與重鋼管出口油,成本較高。水煤漿是一種新型煤基漿體燃料,具有低污染、高效、節(jié)能、運行成本低的突出優(yōu)點。采用水煤漿為燃料提高退火爐可減少環(huán)境污染、大幅度降低燃料費用減輕企業(yè)負擔,經(jīng)濟效益環(huán)境效益顯著。過風機本文以一水煤漿為燃料的輥式連續(xù)鋼管退火爐桿水煤g退工程為例,根據(jù)鋼管退火的工藝要求設計連續(xù)退火自動控制系統(tǒng)2退火爐自動控制系統(tǒng)鋼管進口21熱加工工藝圖1三段式退火爐工藝流程圖國內某鋼管廠冷拔鋼管生產(chǎn)線熱處理采用三段22控制系統(tǒng)原理式連續(xù)輥底式退火爐用于消除鋼管冷加工后的應力退火爐監(jiān)控系統(tǒng)由西門子S7-200PLC、工業(yè)控制降低硬度和改善加工性、獲得符合標準的力學性能、計算機、現(xiàn)場儀表監(jiān)控部分組成?，F(xiàn)場工控機以組態(tài)耐蝕性及細化晶粒改善組織。其三段式退火爐工藝流王作為人機界面通過RS232與PC通信。實現(xiàn)鋼管程如圖1所示。1段是材料的加熱段為主要升溫區(qū),根熱處理的各設備的控制;過程參數(shù)在線檢測、顯示和據(jù)鋼管退火工藝要求,在溫度區(qū)域內升溫速度越快越調節(jié);數(shù)據(jù)采集、報警、歷史趨勢記錄等功能。遠程上好2段是鋼管的保溫區(qū)3段是控溫區(qū)控制鋼管的出位機通過企業(yè)的 Ethernet信息網(wǎng)絡對現(xiàn)場工況進行監(jiān)爐溫度。該全封閉連續(xù)退火爐爐子全長42米分為3控。系統(tǒng)工作原理如圖2所示(1)燃燒控制系統(tǒng)王永華:講師碩士壓縮機控制兩臺同型號空氣壓縮機,一臺為備本文屬江蘇省教育廳自然科學基金項目(02JKD47005)局訂閱號:82946360元/年-9控制系統(tǒng)中文核心期刊《微計算機信息》(測控自動化)2006年第22卷第6-1期壓縮空氣使水煤漿霧化。壓力應為實際使用壓力的桿泵,利用壓力開關、熱繼電器實現(xiàn)供漿泵的過壓、過1.5倍,在退火爐中采用空氣霧化噴嘴,壓縮空氣壓力載保護。般為04-0.7MPa,比煤漿噴射壓力小005MPa。利用攪拌器過濾器控制水煤漿輸控系統(tǒng)有兩臺攪拌壓力開關控制空氣壓縮機啟動與停止。壓力開關信號器兩臺過濾器(一用一備),可進行手動自動控制,具送到PLC、工控機實時顯示、上限報警。有過載保護、故障自動切換(4)輥速控制系統(tǒng)在正常情況下輥速按照工藝要求設定。當煤氣熱空壓控制質下降而三段爐溫燒不到設定值時;系統(tǒng)需降低輥速,系煙道含氧量測保證鋼溫經(jīng)歷滿足工藝曲線的要求時;當爐內有不同風機控制工藝的幾種鋼同時存在時;對輥速進行調整。在滿足油泵控制退火工藝的前提下要求輥速盡可能高,以提高產(chǎn)量。三段爐濕檢測信號輥底分兩部分傳動分別由兩臺變頻電機驅動。輥PLC轉速調節(jié)比為1:20,爐內輥線速度在05~10m/min范傳被變器鋼三段供家泵圍內無級變速。爐內輥在傳動過程中,當一臺傳動裝置傳動變頻器電機發(fā)生故障時,可掛中間鏈條由一臺無故障的傳動裝置接近開關總漿電機帶動整個爐內輥傳動。攪拌器噸電機(5)爐壓控制系統(tǒng)爐壓力傳感器爐引風機變頻器爐膛壓力控制退火爐膛的壓力經(jīng)壓力傳感器、變路反沖洗裝置送器轉換成4~20mA模擬電流信號送到PLC模擬量模塊,PLC根據(jù)智能PID箅法算得的控制信號經(jīng)模擬量模圖2退火爐控制系統(tǒng)結構原理塊輸出0-10V電壓信號,控制該段引風機變頻器的輸風機速度控制三段爐共安裝12支水煤漿噴槍,出,調節(jié)引風機的引風量控制爐膛的壓力?？稍诮M態(tài)監(jiān)配12臺風機助燃;12支水煤漿噴槍按事先設計好的供控界面上設定爐膛的負壓,滿足退火工藝的要求。熱負荷分配系數(shù)布置。12支水煤漿噴槍分三區(qū)控制,可23控制系統(tǒng)的結構手動自動控制風機啟動與停止。水煤漿噴槍助燃空氣控制系統(tǒng)由工控機監(jiān)控系統(tǒng)、PC程序控制系統(tǒng)、量隨水煤漿變化而按一定比例變化、以保證最佳燃燒狀電氣控制系統(tǒng)三大部分組成。硬件結構由一臺PLC控態(tài)。根據(jù)監(jiān)控界面各供漿泵的轉速,手動調節(jié)三段風機制柜、二臺變頻器柜與一臺集中控制操作臺與現(xiàn)場手風門,控制送風量。可根據(jù)監(jiān)控界面煙道氧含量的顯動控制盒構成。示,改變三段送風比例保證最佳燃燒狀態(tài)。監(jiān)控級用PC機作為上位機,一方面與企業(yè)的Eth-點火系統(tǒng)控制水煤漿著火溫度為425℃-520℃, ernet信息網(wǎng)絡連接實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的集中管理同時,燃燒方式為霧化燃燒與燃油相似。連續(xù)退火爐采用燃經(jīng) PC/ PPI通信電纜與現(xiàn)場控制級的S7-200系列油點火,分燃油預燃、燃油水煤漿助燃、水煤漿主燃三PLC進行PI協(xié)議通信,實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控。階段。系統(tǒng)開始運行、油泵啟動燃油點火、燃油點火現(xiàn)場控制級采用了S7-200系列中的CP226預燃;當爐溫大于水煤漿著火點時,自動啟動供漿泵、單元,根據(jù)系統(tǒng)I0點數(shù)及其特性,配置如下的模塊:并緩慢加速,水煤漿助燃;當爐溫接近目標值時,自動二模擬量EM35模塊,提供具有12位分辨率的8路停止供油泵,水煤漿主燃、進行溫度智能P調節(jié)。模擬量輸入通道,用于溫度、含氧量、爐壓等輸入;2路(2)溫度控制系統(tǒng)模擬量輸出通道,用于輥速控制變頻器模擬量給定。溫度控制系統(tǒng)退火爐中的三段爐溫經(jīng)溫度傳感二模擬量輸出EM232模塊提供4路模擬量輸出通道,器(熱電偶)變送器轉換成4-20mA模擬電流信號送用于供漿泵、引風機變頻器模擬量給定。主模塊與二到PLC模擬量模塊,PLC根據(jù)智能PID算法算得的控數(shù)字量EM23模塊,提供總數(shù)為60路開關量輸入通制信號經(jīng)模擬量模塊輸出0~10V電壓信號控制該段道,供控制柜開關按鈕、變頻器運行狀態(tài)、熱繼電器供漿泵變頻器的輸出,調節(jié)供漿泵的水煤漿供給量,壓力開關等開關信號輸入;并提供總數(shù)為60路的開控制該段爐溫?？稍诮M態(tài)監(jiān)控界面上設定每段的爐溫關量輸出通道,用于泵、變頻器、繼電器、指示燈和報值、鋼管輸送的速度值,調節(jié)爐溫與爐輥轉速滿足不警器等電器設備的控制。為了方便維護現(xiàn)場手動控制同鋼管退火工藝的要求。盒可直接控制設備運行停止(3)水煤漿輸控系統(tǒng)變頻器采用三菱FR-E540/FR-F540系列變頻器總供漿泵控制爐溫大于水煤漿著火點自動啟動由于在控制中應用了變頻調速技術提高了溫度、輥速總供漿泵、攪拌器、過濾器、輸漿泵?？偣{泵為單螺控制精度,燃燒效率,并在一定程度上解決了工程實控制系統(tǒng)際與前期設計之間的偏差,更好地滿足工藝流程的需43系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件的開發(fā)要,延長設備的使用壽命。(1)熱處理監(jiān)控畫面的設計監(jiān)控畫面動態(tài)顯示鋼3控制系統(tǒng)軟件設計管熱處理工作流程與狀態(tài)、溫度值、煙氣含氧量、爐31控制系統(tǒng)主程序設計壓、供漿泵的壓力、現(xiàn)場設備的工況。操作人員可以根PC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、設備起動程據(jù)流程畫面來分析熱處理系統(tǒng)是否處于正常運行狀序設備自動切換程序、故障診斷顯示報警程序等構成。態(tài)。主監(jiān)控畫面如圖3所示。1)系統(tǒng)初始化程序系統(tǒng)的初始化,對模擬量(溫(2)用戶口令配置操作人員想進行控制,則必須度值、煙氣含氧量爐壓數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)進行初始化輸入用戶名稱和口令,當該用戶名稱和口令是系統(tǒng)配處理,溫度值、煙氣含氧量、爐壓給定。考慮到外界干置所允許的時候,控件才能起作用擾對溫度值、煙氣含氧量量、爐壓等模擬量輸入信號(3)報警與報警記錄在熱處理自動運行過程中的影響.采用加權平均法進行數(shù)字濾波。變頻器與電機正常工作保證了系統(tǒng)運行可靠。利用其工(2)設備起停程序各設備分手動自動運行方式,作狀態(tài)窗口復合報警窗口控件,當相應設備出現(xiàn)故障手動運行由控制柜開關按鈕、界面控件控制。自動運時,PC將信號送給工控機滿足報警條件,顯示報警。行由PLC按工藝控制;同時運行溫度值P調節(jié)子程序、爐壓P調節(jié)子程序。(3)設備切換程序一用一備同組設備間(空壓機攪拌器、過濾器輥傳動)的切換分自動切換/手動切換。自動切換根據(jù)泵運行時間的長短來完成同組設備的切換運行。手動切換按控制柜控制按鈕、監(jiān)控界面控件控制運行。4)故障診斷顯示報警程序變頻器故障診斷、電機故障診斷、傳感器斷線診斷、自動切換備用設備并聲光報警。3.2.控制系統(tǒng)子程序設計圖3主監(jiān)控畫面PLC子程序設計共包括四個子程序:模擬量初始化子(4)趨勢曲線對于溫度值、煙氣含氧量、爐壓等重程序模擬量數(shù)據(jù)處理子程序溫度智能P調節(jié)子程要參數(shù),用趨勢曲線來表示,趨勢曲線分實時趨勢曲序、爐壓智能P調節(jié)子程序。線和歷史趨勢曲線。智能PI調節(jié)子程序,由PC內部定時中斷控制,(5)參數(shù)設置三段爐溫煙氣含氧量、爐壓給定值定時時間到轉人中斷服務程序并將運算結果送給的設置;控制采用智能型P分離調節(jié)器具有參數(shù)自調模擬量輸出模塊即變頻器頻率設定端整能力,可適應各種復雜的工況。P分離調節(jié)器參數(shù)、基于PC的積分分離智能PI調節(jié)、編程簡單控積分分離限在上層的組態(tài)軟件中進行參數(shù)設置。制可靠,適合于爐膛溫度、壓力控制,實踐表明系統(tǒng)控制穩(wěn)定、精度高,完全滿足鋼管熱處理處理工藝要求。5結論基于PLC的積分分離溫度控制部分相關的程序清單水煤漿是國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策所推薦的新型、高如下所示效、清潔的環(huán)保燃料水煤漿燃料一問世,便得到了世M10.0系統(tǒng)正常、進入PD控制程序;界各國的高度重視。水煤漿與普通燃料相比具有特殊要求,工控機PLC變頻器水煤漿燃燒智能控制系統(tǒng)在MOVR VD500,VDo0VD500000通道數(shù)據(jù)國內外產(chǎn)品不多?！八簼{燃燒自動控制技術”在鋼歸一化后的值)送D100鐵化工、電廠燃燒自動控制中具有廣闊應用前景,連LDR>VD500,VD504若高于積分分離上限0R