过程控制系统课程设计任务书

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1、过程控制系统课程设计任务书1.设计目标以钢铁企业常见的“步进梁式加热炉”为对象，采用PLC为控制系统硬件，围绕工艺要求，完成控制系统方案设计。2.主要工作内容及要求（1）通过查阅文献，了解步进式加热炉工艺流程。（2）了解对步进式加热炉的炉温控制、煤气/空气流量控制、炉压控制等功能，完成控制方案设计。（3）了解常见的PLC系统的功能、系统软件及应用，完成加热炉自动控制系统架构设计、硬件选择设计及组态画面设计。3.加热炉工艺流程及控制简介（1）在钢铁企业中，轧钢系统的各种加热炉是能源消耗大户，如何在满足轧机对

2、钢坯温度性能要求的情况下，最大限度地提高加热炉的热效率，降低能源消耗，这是当前加热炉专业及加热炉控制专业的一个共同课题。国内某钢铁公司的步进式加热炉主要用来给碳素结构钢加热，炉子全长56740mm，有效炉长为50000mm，炉宽12600mm，最大产量400t/h(最长板坯、冷装料)，步进梁的步距为200/500mm，步进周期为45s。燃料为混合煤气，板坯加热温度可达1250℃。一般情况下，加热炉沿炉膛长度方向分为预热段、加热段和均热段。进料端为预热段，炉气温度较低，其作用在于充分利用炉气热量，给进炉板坯

3、预热到一定温度，以提高炉子的热效率。加热段为主要供热段，炉气温度较高，以利于实现板坯的快速加热，保证板坯加热到要求的目标温度。均热段位于出料端，炉气温度与金属料温度差别很小，保证出炉料坯的断面温度均匀。一般用于加热小断面料坯的炉子只有预热段和加热段。关于加热工艺，炉子被划分成“区”。这些区如下：1个换热区7个顶部区：顶部区（区1,3,5,7,9,11,13）7个底部区：底部区（区2,4,6,8,10,12,14）概观如图1。图1回热式热交换器和空气温度如图2图2底部区如图3图3钢坯加热是热轧生产工艺过程中

4、的重要工序。其生产过程如下：对于步进式加热炉，钢坯的移动是通过固定梁和移动梁的周期运动来实现的。钢坯位于固定梁上，移动梁反复地进行上升、前进、下降、后退的矩形运动，移动梁的每一个循环运动带动钢坯在炉前进一步，而且保证钢坯没有任何滑动。传动机构的上下运动和前后运动分别是由独立的机构完成的。步进梁的进后运动多采用油压传动方式，上下运动可以采用油压传动也可以采用电动方式。钢坯被送到加热炉外的上料辊道上，经过测长后，从装料炉门进入炉内，然后在炉内悬臂辊道上进行对中定位，通过移动梁步进机械的周期运动，一步步地前进。

5、当钢坯被输送到出炉位置，且已达到所要求的出炉温度，当接到允许出钢信号时，钢坯加热结束，由出料悬臂辊道从出料炉门送出，送往轧机进行轧制。（2）加热炉控制系统结构加热炉自动化控制系统分为现场设备(L0)、基础自动化系统(L1)、过程控制计算机系统(L2)三部分，如图4图4（3）加热炉燃烧控制系统由许多模块组成，实现了钢坯加热过程中有关参数测控和管理的集中化。整个燃烧控制系统分为以下模块：炉温选择控制、煤气/空气燃烧控制、炉压控制等。炉温控制加热炉各段炉温控制采用PID控制，过程值来自于选定的热电偶的测量值。2

6、根热电偶检测的温度偏差回路实时监视偏差值，温度偏差高时将报警提示操作工。炉温控制器有自动、手动两种控制方式。当煤气/空气调节阀输出达到60%以上而煤气/空气的流量过程值低于20%时，煤气/空气显示故障并停段。双交叉限幅控制在燃烧负荷发生急剧变化的情况下，由于空气流动管道与煤气流动管道特性间的差异，各阀门的响应速度和系统的响应速度不同，会带来缺氧燃烧现象和过氧燃烧现象的发生。当负荷增加时，燃料系统所需的煤气流量和空气流量理论上同时上升，但由于空气流量通常滞后，燃烧空气过少，此时燃料不能得到充分燃烧，致使热效

7、率降低，同时造成烟囱冒黑烟，污染环境。相反负荷减少时，燃烧空气过多，多余的空气被加热后随废气一同带走，造成热效率降低，因此在燃烧控制中采用双交叉限幅控制。其结构是以出炉温度为一个主控回路，煤气流量和空气流量构成两个并联串级控制系统。其中，温度控制器是主控制器，实现温度的粗调，煤气流量控制器和空气流量控制器是平行的副控制器，完成精确控制。通过双交叉限幅，副回路控制器会在主回路的输出以及防止燃烧系统出现过氧和缺氧燃烧的上下限中选择一个合适的值给副回路控制器作为设定值，这样，煤气流量和空气流量会严格地按照一个合

8、理的比值交替地上升，使实际的空燃比保持在合理的范围之内，从而克服了传统的串级控制系统存在的不足。炉压控制炉膛压力是实现加热炉自动控制的一个重要参数。当炉膛压力过高时，火烟就会从入(出)料口处大量冒出。这不仅使大量有效热量散失，增加炉子的燃料消耗，而且也容易烧坏炉子的钢结构和炉墙钢板，降低炉子的使用寿命。同时，炉压过大引起的冒火还会导致劳动环境的恶化。当炉膛压力过低时，会吸入大量的冷风，不但增加炉子的热耗还会增加钢坯的氧化烧损，