辊底式热处理炉温度控制系统的改造

收稿日期2005201231作者简介雷冬生19752,男,江西九江人,助理工程师,从事工业自动化仪表设计、维护和计量管理工作。文章编号10062277720060220007203辊底式热处理炉温度控制系统的改造雷冬生新余钢铁有限责任公司,江西新余338001摘要新钢钢管公司的2座辊底式热处理炉,原采用人工手动调节煤气和空气流量来控制温度,由此导致钢管热处理质量不稳定。为满足生产的需要,对该炉的温控部分进行了重新设计和改造。文中介绍了以KMM可编程调节器为核心的小型集散控制系统的构成和原理,阐述了改造后系统对温度、流量控制的实现方法及其效果。关键词辊底式热处理炉KMM可编程序调节器集散控制系统中图分类号TG15512TM92413文献标识码BTRANSFORMATIONOFTHETEMPERATURECONTROLSYSTEMFORTHEROLLERHEARTHTREATMENTFURNACELEIDONG2SHENGXINYUIRONANDSTEELCO,LTD,JIANGXIXINYU338001,CHINAABSTRACTINORDERTOMEETPRODUCTIONNEEDSANDSOLVETHEPROBLEMSOFINSTABILITYOFHEATTREATMENTQUALITY,THEPARTSOFTHETEMPERATURECONTROLFORTHEROLLERHEARTHTREATMENTFURNACEAREREDESIGNEDANDTRANFORMEDTHISPAPERINTRODUCESTHEDISTRIBUTINGCONTROLSYSTEMCOMPOSSITION,RINCIPLEANDTHEEFFECTOFCONTROLLINGTHETEMPERATUREANDPRESSUREBASEDONKMMPROGRAMMABLELOGICADJUSTORKEYWORDSROLLERHEARTHTREATMENTFURNACEKMMPROGRAMMABLELOGICADJUSTORDISTRIBUTINGCONTROLSYSTEM1概述新余钢铁有限责任公司新钢钢管厂燃气辊底式钢管连续热处理炉是钢管生产的主要设备之一,担负着所有钢管成品及中间荒管的热处理工作。近年来,由于生产的不断扩大以及对产品质量的要求越来越高,原有的连续热处理炉已很难满足当前的生产需要。特别是在用于对钢管成品进行正火和回火处理时,满足不了工艺的控温要求,严重影响了产品的质量和产量。经过反复的论证、研究,钢管厂决定对原有的连续热处理炉的温控系统进行改造。2辊底式热处理炉温控系统的改造21改造前的状况原热处理炉没有设置温度控制系统,只有一些常规的仪表显示,温度的控制完全依靠热处理工通过人工调节烧嘴、阀门的开度来控制煤气和空气的进气量以实施对温度控制。由于温度控制精度受操作人员的业务水平、责任心的影响,因此炉内实际温度波动很大,炉内气氛很难控制,导致难以满足钢管热处理工艺要求15的精度以及煤/空比,使热处理温度超出工艺要求而导致的质量问题时有发第26卷第2期2006年4月江西冶金JIANGXIMETALLURGYVOL26,NO2APRIL2006生。此外,烟气余热也没有得到完全利用,而且由于出炉烟气温度过高,也易造成预热器被烧损的事故。22改造方案针对上述存在的不足,根据工艺要求拟从以下4个方面进行改造。1对煤/空比进行控制,使加热段和保温段的煤/空比分别控制在1111112和10185之间。2炉内温度控制精度在10范围,炉内每段纵向温差控制在10范围。3增设预热器保护控制、炉内压力控制、联锁保护控制以及设置多种报警功能。4在保留原有一次仪表与执行机构基础上,设计以KMM可编程序调节器为核心的小型集散控制系统。3系统的主要硬件组成及工作原理该套控制系统的核心硬件KMM可编程调节器是霍尼韦尔公司系列仪表中具有代表性的产品,其硬件电路简单可靠、面板显示及操作方式都与模拟仪表保持连续性,具有丰富的运算功能和控制模块。与一台工业过程控制计算机一样,它具有中央微处理器CPU、内存储器ROM,EPROM,RAM及A/D,D/A转换芯片等主要部分,它可以输入5路模拟信号、5路数字信号、输出3路模拟电压信号、1路模拟电流信号、4路数字信号。KMM可编程调节器共配备了45种不同的运算模块和5种输入处理模块。按控制需要进行组态以形成用户系统。为了保证调节器安全可靠的工作,KMM还具有自诊断功能、异常运行状态功能、与上位系统的通讯功能以及其他的功能。系统的其他的硬件还包括ASP系列调节仪、多功能流量仪、操作器以及1151DP型变送器。整套系统具有32个输入点、25个输出点、10个开关输入点、10个开关输出点。原理控制框图如图1所示。图1热处理炉控制原理图整个热处理炉被分为加热区、区、均热区、区,即共分4个区进行温度控制,各区温度控制是通过检测点的热电偶信号,与事先设定的温度值相比较,通过可编程序调节器的调节,使煤/空比自动控制在正常的数值上,从而使炉温稳定在设定值上。下面以燃气辊底式钢管连续热处理炉中的一段为例简述该套温度控制系统的工作原理。图2为热处理炉温度与流量控制框图、图3为热处理空气流量控制框图。31系统稳态时炉温稳定在设定值上,热电偶输出的信号,经过1号KMM可编程序调节器中的炉温调节器PID1的运算,输出信号稳态时,为煤气流量信号经过高、低限幅模块和高、低选择模块,分别作为1号KMM调节器中煤气流量调节器PID2的给定值和2号KMM调节器中的风量控制PID1的给定值,从而使煤气流量和空气流量分别控制在正常的数值上。32系统动态时当负荷增加或减少时,炉温下降或上升。为了22江西冶金2006年4月使燃烧炉在不出现缺氧或过氧的条件下燃烧,系统要求空气量或煤气量先增加或减少,而后跟随空气量或煤气量的变化而缓慢增加与减少,以维持在适当的煤空比。此时1号、2号KMM调节器中,在各自内部高、低选择模块的选择下,空气和煤气流量的给定值按实际测量的流量,通过各自调节器内部的控制算法,得出不出现缺氧或过氧的空气和煤气流量的上限与下限值,从而使得系统满足上述控制要求,直到温度达到给定值时为止。图2温度与煤气流量控制图3空气流量控制4改造效果1该控制系统自投入运行以来,运行效果一直很好,达到了预期目的。改造前后的技术经济指标如表1。2提高了产品的质量、减少了返工率,降低了工人的劳动强度、同时也减少了能源的消耗。3该套控制系统操作简单、方便,并且该系统通过配备与上位机的通讯接口,可与企业微机管理网络联网,可以异地了解该炉的所有工艺曲线参数和运行情况。另在设计时