基于PLC控制器的炼钢加热炉压力系统设计

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炼钢加热炉作为炼钢厂钢铁冶炼生产过程中必备的必不可少的钢铁冶炼及热处理设备，其巨大的能耗成为影响钢铁生产和实际价格的重要因素，因此炼钢加热炉的改进成为降低成本亟需解决的重要问题之-，同时也是改善炼钢加热炉的产品产量、加热质量和能耗等各项生产指标的关键u ♂构-定的炼钢加热炉的操作参数是影响炉子生产指标的主要因素。目前，PLC技术应用于我国大部分的大中小钢厂，因为随着PLC技术的不断发展和完善，其应用范围也已变得越来越广泛口，利用计算机系统实现对炼钢加热炉实时精确的控制需要对炼钢各个生产参数进行优化处理，从而进- 步完善炼钢加热炉内温度，压力等的控制，这样便于得到炼钢的最优生产指标 ，因此本文拟采用PLC控制器来实现对炼钢加热炉内压力进行合理控制，以提高炼钢加热炉的炼钢生产效率，节约炼钢生产成本。

1 炼钢加热炉压力控制系统总体设计出于确保燃烧空气和气体压力保持稳定燃烧并顺利进行的考虑，必须控制煤气压力和空气压力 。炉膛压力选择过高、过低都是不恰当的，过高，炉门会发生喷火，并有可能会损坏炉体或设备；过低，炉内可能会吸进冷空气，进而对炼钢加热炉的燃烧质量和效果造成-定的影响，并增加钢坯的氧化烧损，影响经济效益。

本文所用的炼钢炉压力单回路控制系统包含压力被控对象、压力测量变送器、压力控制器和压力执行器，图1所示为炼钢炉压力单交叉限幅控制的检测流程图，通过控制烟道百叶窗的开度间接控制炉膛压力以及煤气压力的大小，这样炉膛压力的控制就得到了解决。

图1 炼钢炉压力单交叉限幅控制的检测流程图炼钢加热炉控制系统采用分级控制的结构，其构成如图2所示，从图中可以看出，炼钢加热炉控制系统利用电脑主机通过以太网与下位机PLC通信交流，其基本原理是，上位机向下位机发布命令，下位机通过解析此命令然后根据相应的解释信号直接控制相应设备并执行。下位机不时读取现场过程变量及设备状态数据，对生产过程进行实时控制。上位机运行用组态软件设计的监控画面，对炼钢加热炉生产过程及控制系统进行监收稿日期：2013-01-15基金项目：国家自然科学基金资助项目 (61173048)作者简介：刘洁 (1978-)，女，安徽蚌埠人，工程师，工学硕士，研究方向为虚拟仿真、计算机应用技术与控制系统实现。

[140] 第35卷 第4期 2013-04(上)务1 訇 化控，以保证炼钢加热炉正常运行。

对压力值的采样是整个控制系统最基础的部分，采样正确与否直接关系到整个控制系统的质量，对采样值的处理则显得格外重要。本设计采样程序设计的思想是，首先对采样计数器进行加1处理，然后判断-次是否达到预置采样次数，未达到则采样并累加采样值，达到预置采样次数则通过平均值滤波求采样平均值，最后子程序返回。

图2 炼钢加热炉分级控制系统结构图2 炼钢加热炉压力控制系统的详细设计2.1助燃空气压力控制系统设计确保喷嘴正常工作的-个重要条件就是有效地控制燃烧空气压力的大校采用单回路控制系统，燃烧空气压力调节器选用PID调节器。当设定值与反馈值出现偏差时，PID调节起作用，并确保在最短的时间内使其达到最校若给定值大于反馈值 ，偏差信号经PID运算后输 出，阀门随之关小，接着压力开始下降；反之，当给定值小于反馈值时，偏差信号经PID运算后，阀门随之开大，接着压力开始升高。

2.2煤气压力控制系统设计从安全方面着手，煤气和空气发生低压现象，气体压力控制阀会有意外。因此，从燃气和空气的主要管道上，都配备了两个低电压开关，热交换器前后，抑别配备了-个。任何低电压开关发生动作，都将会使煤气主切断阀进行自动关闭动作，然后停炉，以保证炼钢加热炉的安全。

2.3炉膛压力控制设计影响炉膛压力的最主要的因素是高炉内气体的具体流动状况，但直接影响气体的具体流动状况的是烟道窗口的开度大校单回路控制系统是本设计方案的控制策略，改变烟道窗口的大小，进而控制烟囱的吸力和炉膛的压力，而炉压的检测点的具体位置是在均热段炉顶出料上方。

本设计的炉膛压力、煤气总管压力和空气总管压力均为单回路控制系统，其方框图如图3所示。

图3 炉膛压力控制系统方框图2.4压力检测元件的选择考虑到炼钢加热炉的工艺 ，检测炉膛压 力时，用弹性式压力检测是不错的选择。弹性式压力检测是指压力敏感元件的弹性元件将压力转换成弹性元件位移的原理而进行检测的-种检测方法。弹性元件所受压力超过其弹性限度后，将会发生变形，而此变形的大小又与被测量的压力存在正比的关系。

目前比较常用的压力检测弹性元件有波纹管、膜片和弹簧管等，弹簧管不仅能用适当的转换器件，将其自由端的位移转换成电信号后进行输出，而且可以使用传动机构进行被测压力的直接指示。因为炉膛压力必须满足520KPa的控制要求，而煤气总管压力范围为30--150KPa，空气总管压力范围为2O～130KPa，所以，在该加热炉压力控制系统设计中，拟采用压力变送器和弹簧管压力表的组合对加热炉炉膛压力实行监测。该压力控制系统之所以使用气动执行器，是因为焦炉煤气极其容易燃烧、爆炸。气动执行器不但使用便捷，成本降低，还能对煤气的燃烧和爆炸进行有效地预防，以减少意外事故发生的概率。

3 炼钢加热炉压力控制系统主程序的设计3.1炼钢加热炉压力控制系统主程序设置图4所示为炼钢加热炉压力控制系统主程序流程图。主程序流程图给出了整个程序执行的总体方案和顺序，主程序的作用为发出对各子程序调用的顺序命令，使控制程序的各部分按控制逻辑有机地连接起来，各基本操作在子程序中完成，炼钢加热炉压力控制系统主程序流程图的画法往第35卷 第4期 2013-04(上) 11411