步进式加热炉过程控制系统课程设计

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1、过程控制课程设计报告(步进式加热炉)姓名:王敏班级:仪1042学号:101844081专业:测控技术与仪器日期:2014-1-640目录一、设计目标二、主要工作内容及要求三、步进式加热炉工艺流程及控制简介四、PLC系统硬件选型与系统连接五、煤气/空气流量控制、加热炉的炉温控制、炉压控制技术方案5.1煤气/空气流量控制系统设计5.2炉温的控制系统设计5.3炉膛压力的控制系统设计六、步进式加热炉控制系统的软件设计6.1软件系统介绍6.2步进式加热炉控制系统的监控显示画面6.3系统流程图七、附录附录A附录B八、设计总结40一、设计目标以钢铁企业常见的“步进梁式加热炉”

2、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。二、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。三、加热炉工艺流程及控制简介（1）步进梁式炉为两面供热步进式炉，活动梁和固定梁上都安设有能将钢坏架空的炉底水管。在钢坏的上部炉膛和下部炉膛都设置烧嘴，因此炉底强度较高，适用于产量很高的板坏或带钢轧前加热。在钢铁企业中，轧钢系统的各

3、种加热炉是能源消耗大户，如何在满足轧机对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，给进炉板坯预热到一定温度，以

4、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。图一40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的重要工序。其生产过程如下：40对于步进式加热炉，钢坯的移动是通

5、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。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

6、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。40四、PLC系统硬件选型与系统连接4.1控制器的选择控制器是常规仪表控制系统中的核心环节。担负着整个控制系统的“指挥”工作，正确地选用控制器，可以大大改善和提高整个过程控制系统的控制品质。该控制系统包含流量、温度和压力三种控制器，所以必须根据实际的工艺

7、要求选择合适的控制器。4.1.1控制规律的选择控制器主要有三种控制规律：比例控制规律、比例积分控制规律、比例积分微分控制规律，分别简写为P、PI和PID。比例控制规律（P）的特点是：控制器的输出信号与输入信号(偏差)成比例，即阀门的开度变化与偏差变化有对应关系。它能较快地克服扰动的影响，过渡过程时间短。但是，纯比例控制器在过渡过程结束后仍然存在余差，而且负荷变化越大，余差也越大。只具有比例控制规律的控制器称为比例控制器。比例控制规律是最基本的控制规律，它既可以单独采用，又可以与其他控制规律结合在一起用，具有结构简单，整定方便的优点。比例控制器适用于调节通道滞后较

8、小、负荷变化不大、控制要