【摘要】全氢燃气罩式退火炉是冷轧带钢退火的一种主要设备，它对提高产品质量起着十分重要的作用。由于其使用易爆的氢气作为保护气，因此对控制系统的要求是安全、可靠。自控系统是退火工艺的核心，而自控系统主要是靠压力和温度控制，下面就谈谈唐山建龙冷轧厂全氢燃气罩式退火炉是如何进行温度控制的。
　　【关键词】全氢燃气罩式退火炉；工艺过程；自动控制；温度控制
　　唐山建龙冷轧厂的全氢燃气罩式退火炉生产线筹建于2007年12月，2008年5月36个炉台全部投入使用，目前运行状态良好。本工程属于江苏凯特尔公司承包，电控部分由武汉海进承接。
　　主体设备分为：19台加热罩，17台冷却罩，36座加热冷却炉台，24座终冷炉台，36套仪表阀架，2套液压系统，36套电控系统。
　　2.1基础自动化系统
　　自动化控制系统采用德国西门子公司生产的S7-300PLC。从每个炉台均完全独立的工艺特性出发，本着控制分散、管理集中的原则，每个炉台用一套S7-300PLC控制，CPU控制模块采用315-2DP。36套S7-300PLC，通过6台交换机和光纤电缆连接成环状工业以太网，接成环状工业以太网的目的是为了提高工业以太网的可靠性。现场各类检测信号通过控制电缆接到DI模块和AI模块。各类控制信号经DO模块和AO模块，也通过控制电缆送到现场，分别控制各种阀门及调节阀等。
　　36座炉台，用2台操作站（OS）进行操作、监视和控制。2台操作站的监测软件功能一样，正常情况下，每台操作站监控36个炉台；当某一台操作站故障时，另一台操作站可继续监控该故障操作站在故障前所监控的炉台，另外还有一台工程师站，工程师站供软件工程师维护和优化软件之用。
　　该自动化控制系统还设计有一台二级机（HPC）。该二级机实时采集生产过程的数据，供生产管理部门或者调度部门实时掌握罩式炉车间的生产情况；同时该上位机留有与上级管理和通讯接口。届时完成与三级机通讯的软件设计和编程任务。
　　上位机HPC通过以太网从三台操作站采集数据。为了罩式炉的生产安全，HPC只能采集数据，不能干预罩式炉的生产过程。
　　3.1加热装置的组成
　　加热罩为一圆柱形半壳结构，加热系统包括：8只分两层布置的高速烧嘴；8套燃气电磁阀、比例阀；8只IFS258烧嘴控制器及TZT点火变压器；8只热空气电动调节阀；空气流量调节阀、切断阀；助燃风机、空气预热器及连接管道；燃气孔板流量变送器，压力开关及压力表；1套燃气切断电阀门，减压稳压阀，燃气计量仪表和1套快速街头。
　　烧嘴工作时，通过助燃空气的电动阀门来调节空气压力大小，再由空气压力来调节比例阀门的开度，从而来控制煤气进气量的大小，达到一个合适的空燃比例，获得最佳的燃烧效果。配有一个烧嘴操作箱，具体有以下电气元件：手动/自动开关；加热罩点火指示灯；加热罩故障指示灯；带电插头的手动电气连接线。所有至PLC的信号，均由电气连接线传送，点火控制器及其元件，所有复位信号均通过它完成。
　　每个烧嘴装有窥视镜，如果一个烧嘴发生故障，只有发生故障的烧嘴自动停止，加热罩有其他烧嘴操作，经由复位系统可以对故障烧嘴单独从新启动。
　　3.2退火温度控制过程
　　3.2.1设定值控制
　　各个程序段的温度设定值被归纳到退火程序的温度轨迹中，温度程序器处理设定值的控制，在程序开始之前，退火程序必须发送到工作炉台的PLC中（可编程控制器）。
　　3.2.2温度控制
　　直接由PLC自动控制炉内温度，温度控制主要是靠炉台热电偶实现，加热罩温度仅用于显示和超温保护，即当炉内温度超过设定值5℃，或加热罩温度超过设定值上限10℃，燃烧系统自动断开。
　　3.2.3脉冲调节控制
　　如果出现以下情况，就要以脉冲调节控制向开/关控制的转换；加热罩温度比设定值高10℃，并且在空气电动阀上已经达到最小设定值；工作负荷空间的温度比设定值高5℃，并且在电动阀上已经到最小设定值；
　　3.2.4温度测量
　　工作负荷空间加热罩和炉台温度用K型铠装热电偶进行测量，现场采集的模拟量温度信号直接进入PLC模块6ES7331-7KFO02-0AB0中，如果加热罩温度超出最大设定温度10℃或以上，为保护退火设备，加热系统即被断开。如果工作负荷空间的温度超出设定温度5℃或以上，为保护炉料，加热系统即被断开。加热罩和工作负荷空间温度由操作站进行记录显示，即使在冷却过程中也是如此。
　　3.3退火炉内温度自动控制
　　3.3.1退火温度控制设定值菜单说明
　　温度控制设定值菜单（见本说明附图2退火程序操作画面区域4）分为9行3列，列1为退火温度控制段升温、降温标识，上箭头表示本行为升温段，下箭头表示本行为降温段；列2为各控制段退火温度设定值；列3为各控制段升温保温设定时间。9行分别表示退火过程9个温度控制分段控制数据。
　　3.3.2退火温度控制过程
　　3.3.2.1加热罩烧嘴全部点燃后，控制程序读取第一行温控设定值数据，根据本行设定温度与内罩实际温度的偏差，自动调节空气马达阀和煤气比例阀开度、控制烧嘴燃烧气体流量，实现温度控制，同时按本行设定升温保温时间启动PLC计时器计时。炉内已预装两只测温电偶（1#、2#电偶），在正常情况下，1#电偶作为内罩采样测温源，2#备用，若1#电偶烧断，控制程序立即切换到2#电偶测温，保证退火温度控制继续进行，任一测温电偶烧断，控制程序都将发出报警信号。
　　3.3.2.2设定温度达到，且升温保温计时时间达到，控制程序控制行指针下移，读取下行温控设定值数据，按设定值数据执行温度控制，直至完成升温控制最末段。
　　3.3.2.3在二段升温过程中，当内罩测量的实际温度等于设定温度时，按正常DB9.DBW116的输出给脉冲控制器；当内罩测量的实际温度超过设定温度5度时，自动将W#16#ACD输出给脉冲控制器，使控制器阀输出为10%；5、6、7、8四个烧嘴同时熄灭同时熄灭；等到内罩测量的实际温度等于设定温度时8个烧嘴自动全部点燃；当内罩测量的实际温度超过设定温度10度时，自动将W#16#566输出给脉冲控制器，使控制器阀输出为5%。1、2、5、6、7、8六个烧嘴同时熄灭；等到内罩测量的实际温度等于设定温度时8个烧嘴自动全部点燃升温。
　　3.3.2.4在退火温度控制过程中，若火焰探测器探测到任一燃烧嘴熄灭，控制程序发出报警信号，此时，应由操作员检查烧嘴熄灭原因，排除故障。 在操作站程序操作画面温度控制设定值区域中，控制程序当前处理的控制行会加亮显示，便于与未处理行相区别；在设定值-实际值显示区域中，温控当前控制行设定温度、设定升温保温时间和内罩实际温度、已逝去的升温保温时间均能动态显示，便于操作员监视温控过程。
　　3.3.2.5加热控制结束，换罩进入冷却阶段，当控制程序检测到炉内温度≤350℃时，延时15秒炉台风机停止运行，当控制程序检测到炉内温度≤250℃时，延时15秒炉冷却风机停止运行，当炉内温度下降到设定冷却终点温度时，冷却控制完成，然后经过后冲洗，退火工艺步骤全部完成。
　　唐山建龙冷轧厂全氢燃气罩式退火炉的温度控制系统自2008年投入运行以来，经过一些软件优化，至今系统运行良好，自动投运率100%，各项性能指标达到生产标准要求。
　　李英硕（1981.12--），男，河北省遵化市人，大学本科学历，遵化市唐山建龙实业有限公司冷轧厂工程师，主要研究方向：电气自动化与自控检护。

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