水煤浆退火炉监控系统的研究与设计

控制系统文章编号:1008-05700200606-1-0097-03水煤浆退火炉监控系统的研究与设计The Research and Design of the Coal Water Mixture Fuel Anneal Furnace Supervise andcontrol system(扬州大学王永华王颖秦炳熙Wang, Yanghua Wang, Ying Qin, Bingxi摘要:针对用水煤浆作为燃料钢管连续退火炉工艺要求,采用“组态王"为监控软件,用可编程序控制器S7-200P1C)作为下位机的控制(IPC+PLC系统)方案。退火炉的炉温、烟气含氧量的采用智能門变频控制,提高控制精度和燃料的热效率,降低引风机电耗。系统集数据采集、通信、设备状态控制和教据管理一体化,实现远程监控,取得了良好的经济效益。关键词:水煤浆退火炉;PLC;智能PID控制;变频控制;监控系統中图分类号:TP273文献标识码: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引言个炉段。当待退火的钢管连续缓慢地经过这3个炉段时钢管的温度650℃-850℃范围内变化,满足退火工连续退火炉具有能耗小、生产能力大等优点在艺曲线的要求,使主要性能指标晶间腐蚀率得到保冷轧冷拔等冷加工钢材后的退火处理中得以迅速推证,达到钢管退火的目的。广。目前连续退火炉的燃料主要采用煤气、燃油与重钢管出口油,成本较高。水煤浆是一种新型煤基浆体燃料,具有低污染、高效、节能、运行成本低的突出优点。采用水煤浆为燃料提高退火炉可减少环境污染、大幅度降低燃料费用减轻企业负担,经济效益环境效益显著。过风机本文以一水煤浆为燃料的辊式连续钢管退火炉杆水煤g退工程为例,根据钢管退火的工艺要求设计连续退火自动控制系统2退火炉自动控制系统钢管进口21热加工工艺图1三段式退火炉工艺流程图国内某钢管厂冷拔钢管生产线热处理采用三段22控制系统原理式连续辊底式退火炉用于消除钢管冷加工后的应力退火炉监控系统由西门子S7-200PLC、工业控制降低硬度和改善加工性、获得符合标准的力学性能、计算机、现场仪表监控部分组成。现场工控机以组态耐蚀性及细化晶粒改善组织。其三段式退火炉工艺流王作为人机界面通过RS232与PC通信。实现钢管程如图1所示。1段是材料的加热段为主要升温区,根热处理的各设备的控制;过程参数在线检测、显示和据钢管退火工艺要求,在温度区域内升温速度越快越调节;数据采集、报警、历史趋势记录等功能。远程上好2段是钢管的保温区3段是控温区控制钢管的出位机通过企业的 Ethernet信息网络对现场工况进行监炉温度。该全封闭连续退火炉炉子全长42米分为3控。系统工作原理如图2所示(1)燃烧控制系统王永华:讲师硕士压缩机控制两台同型号空气压缩机,一台为备本文属江苏省教育厅自然科学基金项目(02JKD47005)局订阅号:82946360元/年-9控制系统中文核心期刊《微计算机信息》(测控自动化)2006年第22卷第6-1期压缩空气使水煤浆雾化。压力应为实际使用压力的杆泵,利用压力开关、热继电器实现供浆泵的过压、过1.5倍,在退火炉中采用空气雾化喷嘴,压缩空气压力载保护。般为04-0.7MPa,比煤浆喷射压力小005MPa。利用搅拌器过滤器控制水煤浆输控系统有两台搅拌压力开关控制空气压缩机启动与停止。压力开关信号器两台过滤器(一用一备),可进行手动自动控制,具送到PLC、工控机实时显示、上限报警。有过载保护、故障自动切换(4)辊速控制系统在正常情况下辊速按照工艺要求设定。当煤气热空压控制质下降而三段炉温烧不到设定值时;系统需降低辊速,系烟道含氧量测保证钢温经历满足工艺曲线的要求时;当炉内有不同风机控制工艺的几种钢同时存在时;对辊速进行调整。在满足油泵控制退火工艺的前提下要求辊速尽可能高,以提高产量。三段炉湿检测信号辊底分两部分传动分别由两台变频电机驱动。辊PLC转速调节比为1:20,炉内辊线速度在05~10m/min范传被变器钢三段供家泵围内无级变速。炉内辊在传动过程中,当一台传动装置传动变频器电机发生故障时,可挂中间链条由一台无故障的传动装置接近开关总浆电机带动整个炉内辊传动。搅拌器吨电机(5)炉压控制系统炉压力传感器炉引风机变频器炉膛压力控制退火炉膛的压力经压力传感器、变路反冲洗装置送器转换成4~20mA模拟电流信号送到PLC模拟量模块,PLC根据智能PID箅法算得的控制信号经模拟量模图2退火炉控制系统结构原理块输出0-10V电压信号,控制该段引风机变频器的输风机速度控制三段炉共安装12支水煤浆喷枪,出,调节引风机的引风量控制炉膛的压力。可在组态监配12台风机助燃;12支水煤浆喷枪按事先设计好的供控界面上设定炉膛的负压,满足退火工艺的要求。热负荷分配系数布置。12支水煤浆喷枪分三区控制,可23控制系统的结构手动自动控制风机启动与停止。水煤浆喷枪助燃空气控制系统由工控机监控系统、PC程序控制系统、量随水煤浆变化而按一定比例变化、以保证最佳燃烧状电气控制系统三大部分组成。硬件结构由一台PLC控态。根据监控界面各供浆泵的转速,手动调节三段风机制柜、二台变频器柜与一台集中控制操作台与现场手风门,控制送风量。可根据监控界面烟道氧含量的显动控制盒构成。示,改变三段送风比例保证最佳燃烧状态。监控级用PC机作为上位机,一方面与企业的Eth-点火系统控制水煤浆着火温度为425℃-520℃, ernet信息网络连接实现对工业现场的集中管理同时,燃烧方式为雾化燃烧与燃油相似。连续退火炉采用燃经 PC/ PPI通信电缆与现场控制级的S7-200系列油点火,分燃油预燃、燃油水煤浆助燃、水煤浆主燃三PLC进行PI协议通信,实现对工业现场的监控。阶段。系统开始运行、油泵启动燃油点火、燃油点火现场控制级采用了S7-200系列中的CP226预燃;当炉温大于水煤浆着火点时,自动启动供浆泵、单元,根据系统I0点数及其特性,配置如下的模块:并缓慢加速,水煤浆助燃;当炉温接近目标值时,自动二模拟量EM35模块,提供具有12位分辨率的8路停止供油泵,水煤浆主燃、进行温度智能P调节。模拟量输入通道,用于温度、含氧量、炉压等输入;2路(2)温度控制系统模拟量输出通道,用于辊速控制变频器模拟量给定。温度控制系统退火炉中的三段炉温经温度传感二模拟量输出EM232模块提供4路模拟量输出通道,器(热电偶)变送器转换成4-20mA模拟电流信号送用于供浆泵、引风机变频器模拟量给定。主模块与二到PLC模拟量模块,PLC根据智能PID算法算得的控数字量EM23模块,提供总数为60路开关量输入通制信号经模拟量模块输出0~10V电压信号控制该段道,供控制柜开关按钮、变频器运行状态、热继电器供浆泵变频器的输出,调节供浆泵的水煤浆供给量,压力开关等开关信号输入;并提供总数为60路的开控制该段炉温。可在组态监控界面上设定每段的炉温关量输出通道,用于泵、变频器、继电器、指示灯和报值、钢管输送的速度值,调节炉温与炉辊转速满足不警器等电器设备的控制。为了方便维护现场手动控制同钢管退火工艺的要求。盒可直接控制设备运行停止(3)水煤浆输控系统变频器采用三菱FR-E540/FR-F540系列变频器总供浆泵控制炉温大于水煤浆着火点自动启动由于在控制中应用了变频调速技术提高了温度、辊速总供浆泵、搅拌器、过滤器、输浆泵。总供浆泵为单螺控制精度,燃烧效率,并在一定程度上解决了工程实控制系统际与前期设计之间的偏差,更好地满足工艺流程的需43系统监控组态软件的开发要,延长设备的使用寿命。(1)热处理监控画面的设计监控画面动态显示钢3控制系统软件设计管热处理工作流程与状态、温度值、烟气含氧量、炉31控制系统主程序设计压、供浆泵的压力、现场设备的工况。操作人员可以根PC主程序主要由系统初始化程序、设备起动程据流程画面来分析热处理系统是否处于正常运行状序设备自动切换程序、故障诊断显示报警程序等构成。态。主监控画面如图3所示。1)系统初始化程序系统的初始化,对模拟量(温(2)用户口令配置操作人员想进行控制,则必须度值、烟气含氧量炉压数据处理的数据进行初始化输入用户名称和口令,当该用户名称和口令是系统配处理,温度值、烟气含氧量、炉压给定。考虑到外界干置所允许的时候,控件才能起作用扰对温度值、烟气含氧量量、炉压等模拟量输入信号(3)报警与报警记录在热处理自动运行过程中的影响.采用加权平均法进行数字滤波。变频器与电机正常工作保证了系统运行可靠。利用其工(2)设备起停程序各设备分手动自动运行方式,作状态窗口复合报警窗口控件,当相应设备出现故障手动运行由控制柜开关按钮、界面控件控制。自动运时,PC将信号送给工控机满足报警条件,显示报警。行由PLC按工艺控制;同时运行温度值P调节子程序、炉压P调节子程序。(3)设备切换程序一用一备同组设备间(空压机搅拌器、过滤器辊传动)的切换分自动切换/手动切换。自动切换根据泵运行时间的长短来完成同组设备的切换运行。手动切换按控制柜控制按钮、监控界面控件控制运行。4)故障诊断显示报警程序变频器故障诊断、电机故障诊断、传感器断线诊断、自动切换备用设备并声光报警。3.2.控制系统子程序设计图3主监控画面PLC子程序设计共包括四个子程序:模拟量初始化子(4)趋势曲线对于温度值、烟气含氧量、炉压等重程序模拟量数据处理子程序温度智能P调节子程要参数,用趋势曲线来表示,趋势曲线分实时趋势曲序、炉压智能P调节子程序。线和历史趋势曲线。智能PI调节子程序,由PC内部定时中断控制,(5)参数设置三段炉温烟气含氧量、炉压给定值定时时间到转人中断服务程序并将运算结果送给的设置;控制采用智能型P分离调节器具有参数自调模拟量输出模块即变频器频率设定端整能力,可适应各种复杂的工况。P分离调节器参数、基于PC的积分分离智能PI调节、编程简单控积分分离限在上层的组态软件中进行参数设置。制可靠,适合于炉膛温度、压力控制,实践表明系统控制稳定、精度高,完全满足钢管热处理处理工艺要求。5结论基于PLC的积分分离温度控制部分相关的程序清单水煤浆是国家环保产业政策所推荐的新型、高如下所示效、清洁的环保燃料水煤浆燃料一问世,便得到了世M10.0系统正常、进入PD控制程序;界各国的高度重视。水煤浆与普通燃料相比具有特殊要求,工控机PLC变频器水煤浆燃烧智能控制系统在MOVR VD500,VDo0VD500000通道数据国内外产品不多。“水煤浆燃烧自动控制技术”在钢归一化后的值)送D100铁化工、电厂燃烧自动控制中具有广阔应用前景,连LDR>VD500,VD504若高于积分分离上限0R