摘要：工业炉作为轧制生产中的重要环节，采用先进的控制方法和燃烧技术，提高其自动控制系统性能，降低能耗提高产品质量，对钢铁企业的发展具有十分重要的意义。因此，本文首先分析了工业炉加热自动控制系统构成，最后从工业炉加热控制系统工程设计中探讨了工业炉加热自动控制技术。
关键词：工业炉；加热自动控制系统；技术；探讨
引言：近年来，工业研究领域中对于工业炉热工燃烧的问题广泛关注，尤其是在自动控制方面的研究更加深入，这对于工业技术的更新改进有促进作用。
1、工业炉加热自动控制系统构成
1.1硬件配置
本系统上位机采用高可靠的工业控制计算机担任，包括研华工控机、显示器、打印机和UPS电源；下位机由一套S7-300系列PLC组成，包括一个电源模块（307-1EA00）、一个CPU模块（313-5BF03）、两个数字量输入模块（321―1BL00）、一个数字量输出模块（322-1BL00）、两个模拟量输入模块（331-7KF02）和一个模拟量输出模块（332-5HD01）。
1.2网络结构
上位机通过MPI总线与SIEMENS公司S7-300系列PLC通讯，数据传输率为187.5kbps。计算机留有通讯接口，与厂区其它设备或管理站进行工业以太网通讯。
2、工业炉加热控制系统工程设计
2.1 炉温控制及炉压控制
加热炉分为4个燃烧控制段，每段的控制方式相同，在每个燃烧控制段采用4只S型热电偶进行测温，分别为炉顶2只均布，炉墙2只位于钢头尾处布置，每个热电偶的测温信号通过PLC处理后在HMI上显示，系统会自动比对炉顶及炉墙上热电偶的检测结果，当有热电偶出现故障或者燃烧温度异常于要求时，会在操作站报警，提醒岗位人员及维护人员进行确认及维修。
当加热炉进行自动控制设定温度后，每段测量温度会与设定温度进行比较，经过双交叉限幅控制方式，首先对所在区域的电动调节阀进行操作，以达到调控温度的目的，当调节阀开度无法满足要求时，系统会对区域所在的鼓风机、引风机及煤气开度进行调节，直到达到预期设定温度，由于温度提升存在滞后性，整个过程需要至少5-8分钟稳定运行。
加热炉整体采用微正压控制，在炉顶压差变送器将测量值送给PLC，PLC处理后一方面传给自动控制系统，一方面在HMI上显示，在炉压测量中，可能会出现几个区域不一样的情况，在操作站可以设定允许炉压偏差值，使系统自动控制烟道阀门进行打开或关闭操作，从而达到炉压控制的目的。由于加热负荷波动大，我们采取前馈的方式来保证炉压稳定。
2.2 换向系统控制
2.2.1 定时换向
加热炉换向阀自动操作最常用的方式，是段与段之间错开，也就是一侧燃烧对面侧排烟，按照烧嘴燃烧的时间，当某段燃烧到设定时间时，系统进行按照一定的顺序换向。
2.2.2 定温定时换向
每个换向阀蓄热箱有热电偶进行检测温度，首先设定换向定时时间，之后设定换向阀换向定温温度（不可以超过厂家给的最大使用温度），之后系统自动运行，在运行过程中。在换向周期内，只要换向阀超过检测温度，无论时间是否到，换向阀都进行换向，且当温度超过设定温度后，操作站报警。
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2.2.3 换向阀报警
系统给出换向命令后，由于长时间阀杆未达到换向的检测位置，系统会出现换向报警，提示维护人员及时处理故障，防止事故扩大，保证系统的稳定运行。
2.3 入出料控制
主要是自动将热对接辊道或上料台架的钢坯实现自动入炉、定位 推钢、步进、出炉及与轧机连锁，控制钢坯出炉的频率，防止钢坯出炉过快或者过慢，避免机架间跟近废钢或影响轧制节奏。此功能主要是在PLC1上进行逻辑处理。同时此功能可以检测出钢温度，当钢温过高或者低于工艺要求时，操作画面会报警，同时出炉辊道变慢或者停止，等待下一步人工指令，并且可以记录每只钢坯的平均温度。
2.4 安全保护控制及其他监控
煤气总管上设有事故自动切断阀，在发生煤气压力低、流量波动大、氮气压力低、步进梁冷却水流量不足等重大事故时自动切断煤气；双PLC功能是为保证万一出现某一个PLC死机情况，另外一个PLC也具备紧急切断及紧急处理功能；另外操作台具有紧急事故人工按钮，它是独立硬件，不与任何判断相连接，是人工处理事故最为紧急可靠的保证。
煤气及其他能源介质是保证加热炉稳定运行的重要条件之一，操作站可以对加热炉使用的净环水、软水、压缩空气、氮气及步进梁冷却水等进行监控，当任何某一指标未达到要求时，操作台会报警，使维护人员进行故障处理，当介质低于某一临界条件时，快切阀动作，切断煤气，加热炉开始自动降温。
3、工业炉加热自动控制技术分析
3.1 数据采集系统的完善
进一步完善工业炉数据采集系统完善测量和数据采集系统的硬件和软件，一方面要加强连续在线测量系统的稳定性和可靠性研究，降低原材料价格；另一方面加强维护和管理，实现控制和管理并重。
3.2建立正确的数学模型
火道温度控制模型。一般需建立被测温度与控制温度模型关系；我国大型工业炉的上升管上都安装有可测量粗煤气温度的火落孔，理论上可要据粗煤气温度的变化趋势精确地判断钢水成熟时间，但我们经过多次测量发现由于大工业炉是双集气管，尤其在结工业后期，煤气量较少的时候，机方与工业方的煤气波动较大，甚至出现倒流，使粗煤气温度变化反复无常，火落温度点难以判断准确；即使在结工业末期关掉一侧上升管，测到的规律性也不强。
3.3工业炉总供热模型
工业炉总供热量的确定必须针对具体的工业炉和冶炼条件，建立与目标火道温度、目标结工业时间、炼工业煤和操作参数等的关系，利用此数学模型可以有效地预测工业炉的干扰量变化时引起供热量变化。对于一些不可测因素的干扰可以通过火道温度反馈控制来校正。
煤气流量及校正。为了稳定工业炉供热量，必须随时根据加热煤气的性质参数校正煤气流量。目标火道温度与目标结工业时间计算及调整这里涉及到目标火道温度与结工业时间、装煤量、装煤水分、钢水温度的相关方程；实测工业饼温度偏差时的火道温度校正方程与实测火道温度偏差时的校正方程；吸力控制模型。建立加热煤气量、空气系数、火道温度等与蓄顶吸力相关方程。
结束语
综上所述，在发展我国的工业炉加热控制系统，必须根据我们的基本国情，从我国工业炉生产和劳动者素质的实际出发，对于不同的工业化企业和不同的工业炉炉型，可以考虑不同控制水平的加热系统。采取积极、稳妥、节省投资和保证效果的原则分步分阶段的进行，并要切实加强管理，提高操作人员素质，使控制和管理有机地结合，并且要充分发挥计算机硬件和软件的优势。
参考文献
[1]张振宇.蓄热式加热炉的自动化控制特点及应用[J].数字技术与应用，2010
[2]郭军.浅析工业炉加热自动控制系统技术[J].硅谷，2011
[3]李玲.田安涛.国内工业炉加热自动控制系统技术走向探讨[J].城市建设理论研究，2011
论文作者:潘泽超
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/11
标签：温度论文; 工业炉论文; 煤气论文; 加热炉论文; 操作论文; 工业论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第11期论文;