全氢罩式退火炉的退火过程自动控制系统

2022-03-16 来源：爱问旅游网

系统与装置

全氢罩式退火炉的退火过程自动控制系统

李　红　梅

(上海宝钢股份有限公司技术中心,上海201900)

[摘　要]根据全氢罩式退火炉的工艺特征,开发了全氢罩式退火炉的控制系统,系统采用PROFIBUS总线网络,

分布式I/O的控制方案来实现国产化全氢罩式炉的退火过程。同时介绍了国产化全氢罩式炉控制系统的控制策略。

[关键词]全氢罩式炉;控制系统;退火工艺

[中图分类号]TP273+3　[文献标识码]B　[文章编号]100027059(2003)0120046202

Automaticcontrolsystemforannealingprocessofhood2typeannealing

furnacewithpurehydrogenLIHong2mei

(BaoshanIronandSteelCoLtd,TechnologyCentre,Shanghai210900,China)

Abstract:Thecontrolsystemforhood2typeannealingfurnacewithpurehydrogenisdevelopedbasedonitsspecialtechnologicalcharacteristic.ThecontrolsystemadoptsprofibusnetworkanddistributedI/Otoperformannealingprocesscontrolofdomestichood2typefurnacewithpurehydrogen.Thecontroltacticofcontrolsystemfordomestichood2typeannealingfurnacewithpurehydrogenisdescribed.

Keywords:hood2typefurnacewithpurehydrogen;controlsystem;annealingprocess

0　引言

全氢罩式炉是一种目前退火工艺水平很高的

罩式退火设备,具有生产效率高、退火产品质量优,介质、能量消耗低等优点,是改善和提高冷轧产品特别是冷轧带钢表面质量的重要设备,在冷轧产品的生产中得到了普遍应用。宝钢技术中心在消化引进技术的基础上,自行设计和开发出了全氢罩式退火炉的设备和控制系统。该自动控制系统以退火过程数学模型为过程控制基础,实现回路控制。运行结果表明该自动控制系统不但减少故障吹扫率,而且提高全氢罩式炉的生产率。

气,使炉内氧含量减少到1%以下,为通入氢气做好准备(在内罩外放置加热罩,内罩和加热罩之间为燃烧区间);用氮气置换空气完成后,氧含量低于1%时,开始加热点火,并用氢气置换氮气实现全氢气氛退火过程;退火过程的加热段、均热段,氢气定流量吹扫;带加热罩冷却、辐射冷却;带冷却罩冷却、分流冷却;用氮气吹扫炉内氢气;料卷出炉。

2　控制系统设计

根据全氢罩式炉工艺的特点和实施自动控制的需要,按最优性价比的标准,我们选择西门子的PLC,系统结构如图1所示。本控制系统设计为一

1　退火工艺过程简述

全氢罩式炉设备包括炉台、内罩、加热罩和冷

却罩。其工艺过程如下:炉台装料,放置内罩并利用液压装置压紧内罩;检验氢气入口阀和炉台内罩密封性,确保系统安全;用氮气吹扫内罩内空

个PLC控制2台全氢罩式退火炉的系统模式,系统采用SIEMENS公司的PROFIBUS现场总线组成,包括S72400控制器,分布式I/OET200,OP操作面板和CIMPLICITY显示基本监控画面。

[收稿日期]2002208209;[修改稿收到日期]2002209218

[作者简介]李红梅(19702),女(回族),安徽六安人,工程师,主要从事自动化控制方面的工作。

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MetallurgicalIndustryAutomation2003No1

全氢罩式退火炉的退火过程自动控制系统

　　系统网络由两级组成,上位控制计算机和S72400之间为PROFIBUS2FMS协议,主控制站S72400与远程I/O之间为PROFIBUS2DP协议。

在本控制系统中分布式I/O分为三部分,分别为:炉台阀站(ET200M),加热罩(ET200M),各类风机(ET200B)。设计中充分考虑到以后的扩展,在主控制站为其他炉台预留一定的硬件空间。

计算机的离线数学模型为控制基础,完成退火全过程的回路控制,包括自动点火控制、燃烧过程控制、循环风机,旁路风机,冷却风机的运行、循环风机的变频控制、氮气和氢气控制、炉温炉压监测与控制、紧急吹扫控制、冷却水系统控制、各种阀门操作。控制功能根据工艺过程完成以下的内容:

・内罩设置以及内罩压紧放松装置的控制;・进行阀门和炉台系统的密封性试验;・H2、N2的吹扫过程以及H2、N2流量检测;・加热罩的设置和点火,退火过程的加热和均热,以及炉台热态密封试验,冷却过程控制;

・各种过程变量的监测包括炉台温度测量、冷却水流量及温度监测、内罩压力监测、内罩压力安全装置监测、控制温度测量,O2含量测量、氮气和氢气流量监测等以及相关工艺过程的监测控制;

・在退火过程中各类故障的检测以及报警,并

图1　控制系统结构框图(虚线内为待建部分)

根据相应的情况给予特殊情况下的退火处理;・完成和控制计算机的通信,接收来自控制计算机的离线数学模型的各类数据(包括各种设定值,如退火时间设定、退火温度设定、吹扫时间设定、吹扫量设定等),并把过程监控状态信息以及故障信息从PLC传至控制计算机;

・用于测试和维护目的的手动运行功能。

自动控制系统采用分布式I/O控制方案,提

高了控制系统的可靠性和抗干扰能力,同时又降低控制系统造价,达到合理配置的目的。其特点如下:

・可靠性高　采用分布式I/O,PLC、通信网络和分布式I/O之间相互实行电气隔离,可彻底防止任一设备故障而影响网络中其他设备的正常工作;可随时从网络中解除或挂入,而不影响网络系统的运行;信号连接线短,就地处理信号,引入干扰小;卡件供电分散也可以有效地减少由于电源引入的干扰,或电源故障而引起的系统故障。

・灵活性好　由于工艺改变而需增加信号时,只要将新增信号接入附近分布式I/O柜即可,施工方便。

・具有明显的经济效益　和集中控制方案相比,采用分布式I/O控制方案,可以节省很多电缆投资,所有需进PLC柜的信号接至现场分布式I/O柜即可,从分布式I/O柜到PLC柜只需一根电源线和一根通信网络电缆,敷设电缆所需的安装材料及人力也可大量减少。

此控制系统的PLC配置有效地发挥PLC自身的功能和优势,并降低系统造价,提高系统的可扩展性、可靠性和实用性。

4　重要控制回路的实现

4.1　氢气流量自动调节

退火加热和均热期间要进行氢气吹扫,在保证钢卷质量情况下使用最少的氢气流量,以节能降耗、节约成本,而且炉内气氛压力必须保持稳定。根据此特殊工艺要求,在退火过程前期采用氢气流量控制,后期采用炉内压力控制,并使内罩压力控制在一定范围。氢气流量调节阀采用时序控制。就现场使用情况来看,此控制方式可完全达到工艺要求,使生产每吨钢卷的氢气达到较低用量。

4.2　退火过程温度控制

退火过程温度按工艺过程分为两段,加热段和均热段。加热段采用初始燃烧量来控制燃烧过程,均热段采用温度控制燃烧过程。根据此罩式炉设备情况,退火过程的燃烧控制使用PID调节

(下转第50页)

3　控制功能

全氢罩式退火炉的退火过程以接收来自控制

冶金自动化　2003年第1期

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冷轧平整过程振动纹在线监测系统

2.2　报警功能

通过长期的数据积累和分析,确定轧制不同钢种、规格时的振动门限值,然后在系统中进行设定,在监视画面上的振动强度监测坐标中显示报警控制线。当振动强度超出控制线时,提示操作人员根据实际情况进行相应的处理(降速、换辊等)。单个点的振动门限值在工程师站中由具有一定操作权限的专业技术人员设定,当超出设定值时,棒图的显示颜色就会由绿变红,提示该位置振动超标。2.3　分析、诊断功能工程师站和作业长室监视站调用服务器中的原始数据,利用分析模块对采集的信号进行时域、频域、时频分析,并具有统计报表打印功能。

时域分析包括波形显示和相关分析功能。选择菜单“时域分析/波形显示”,系统将在窗口上下部分显示波形,上面部分显示原始波形,下面部分显示的是加窗和滤波之后的波形(窗函数和滤波方式可以选择),并显示时域波形的特征值和有关工艺信息。相关分析功能在同一个屏幕上显示所要分析的两个通道的波形(加窗滤波之后)和相关分析以后的波形。

频域分析包括幅值谱、相位谱、功率谱、对数谱、倒数谱和细化谱分析功能,同时显示原始波形和相应的频谱图。在幅值谱上显示3倍频、5倍频和接手频率标志线。各频段的振动幅值与正常值比较,可以初步给出平整机正常与否以及可能出现故障的位置的初步诊断结论。

(上接第47页)

时频分析包括短时傅立叶变换、连续小波分析、离散小波分析和瀑布图显示功能。

分析模块能够对平整过程振动纹监测所产生的数据提供统计报表和打印输出功能。技术人员可以按时间、支撑辊轧制量和钢卷等级等方式查询钢卷轧制特征信息(钢卷等级、带钢振动纹状态、工作辊凸度、工作辊粗糙度、弧齿接轴更换日期等),据此可以进一步分析振动纹的产生原因。

3　应用与结论

平整过程振动纹在线监测系统于2001年11月开始投入冷轧厂现场使用,运行情况良好。从投入至今连续运行半年多时间没有出现死机等意外情况,达到了预期的效果。在2002年上半年平整机出现过几次异常振动,本监测系统完整记录了设备劣化全过程的信息。通过分析发现,当轧制量达到一定程度时,主传动接手磨损产生的间隙、轧制速度和张力波动是平整机振动导致振动纹产生的主要原因。该系统为迅速查明设备故障,恢复正常生产起了很大的作用,它为现场操作、产品质量分析以及设备维护,提供了强有力的帮助。

该系统的成功应用,标志着宝钢在解决轧机振动和带钢表面振动纹方面跨入国际先进水平行列。

[参　考　文　献]

[1]WilhelmHofmann,HeinrichAigner.Reductionofchattermarksduringskinpassrollingofsteelstrips[J].MPTInternational,1998,22(1):982100,102.

[编辑:沈黎颖]

4.4　旁路风机及旁路冷却阀的行程控制

器,采用串级控制调节来完成,温度环为主环,燃

气流量为副环控制,并在副环控制中进行相关的经验校正值系数来优化流量值的设定值。在实际运行中,此种控制方式较好,均热段温度偏差小于3℃。

4.3　循环风机的变频控制

在退火过程的快冷过程中,旁路冷却风机对不同介质和不同温度情况下也有不同要求。针对

这种情况,旁路冷却风机和旁路冷却阀的动作需按行程控制。经过现场使用,行程控制的方式满足快冷过程的工艺要求。

5　结束语

国产化全氢罩式炉设备和控制系统于2001年9月投入使用,并于11月开始正式生产。目前系统运行良好,自动投运率达100%。国产化全氢罩式炉出炉的板卷的各项性能指标达到宝钢标准,满足用户要求。

[编辑:徐玉生]

在退火过程中,炉内气氛随工艺过程不同而不同,这对循环风机要求较高,在不同介质和不同温度情况下的风机转速需进行变速控制,我们采用西门子变频器进行风机变速控制。经过反复试验,得出退火过程不同气氛和不同温度下对应的循环风机的变频控制过程。

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MetallurgicalIndustryAutomation2003No1

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