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DCS控制系统在步进梁式加热炉上的应用

日期：2006-4-20 0:27:46 来源：本文摘自《PLC&FA》
点击：作者：未知

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1 引言

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安钢高速线材轧钢加热炉是一座性能优良的步进梁式加热炉，其有效尺寸:20700×12700mm。额定加热能力为:120t/h，最大加热能力:140t/h。坯料规格:单排布料时:150×150×12000mm;双排布料时:150×150×5800mm;非定尺坯料:9000-12000 mm;最大坯重量:2190kg。燃烧介质:高焦炉混合煤气，低发热值为7536±210kJ/m3。最大用量24812m3/h。其热工控制系统是由Rockwell公司的ProcessLogix DCS系统完成。步进炉内炉料步进及炉料进、出由西门子PLC控制。其中高速离散控制、过程控制和安全控制融合于一个Logix控制平台上先进的控制技术，使加热炉的炉温的控制精度在±5℃，升降50℃仅需12min;编写的空燃比自动寻优器软件代替热值仪和氧气分析仪的功能，实现了燃料流量和空气流量的优化配比，从而使燃烧达最佳状态。

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2 系统硬件的组成

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高线加热炉使用Rockwell的ProcessLogix DCS控制系统(编程软件为ControlBuilder和DisplayBuilder)。本系统配置了操作站、服务器、控制站3个部分。其结构如图1所示。

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图1 加热炉控制系统结构图

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(1) 服务器

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为了高效利用过程参数，本系统配置了DELL服务器，系统平台为Windows NT。配置了ProcessLogix Server 后，服务器具有了实时数据库和功能完善的功能模块。用户可以用ContorlBuilder 组态和优化用户控制程序，用DisplayBulder制作HMI。同时，用户可方便地用C语言编写自己的特殊功能模块。同时，服务器还完成打印报表的任务。在操作站出现特殊情况时，服务器还要兼操作站的所有功能，服务器是通过CONTROLNET网从控制器收集数据和向控制器发送命令，通过乙太网向操作站传送数据和接收命令。

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(2) 操作站

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操作站由研华工控机和基于Windows NT系统平台上的STATION软件组成，通过总貌图、控制图、报警图、过程状态图、过程历史图这些丰富的人机界面，操作员可以设定、查看过程参数或状态，察看故障报警明细。由于整个操作界面采用“向导式”的结构，从而大大方便了操作员的操作。

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(3) 控制站

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控制站采用PLX系统，用于完成对加热炉的热工控制和过程参数检测。该系统的处理器1757PL*52A是Rockwell专用处理器，具有8MRAM，高速底板与网络融为一体，I/O模块可带电插拨，并可以任意安排。在该系统中，控制站共设有1个主机架和2个扩展机架，完成了整个加热炉的6段温度控制、60多点的模拟量检测及20多个开关量的输入和输出。系统模板采用如下:4个756 OF6CI/A模块、9个1756 IB16D/A模块、2个1756OW16I模块、4个1756IF6I/A模块、5个1756IR6I/A模块、4个1756IT6I/A模块。为提高本系统的可靠量，所有AI、DI和DO均与现场进行了隔离，AI模板还选用了通道和通道间均有隔离的双隔离模板。按照确定的控制规则进行编程，根据加热炉的工况选择使用。将现场信号采样﹑燃气流量模糊控制回路﹑空气流量模糊控制回路﹑温度模糊控制回路编成子程序，模块化，在主程序中调用，以利于调试和控制功能组态。

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(4) CONTROLNET网络与现场仪表

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该网络属于无源的高性能多元总线，5M的传输速度。数据传输采用确定性的传输方式，大大减少了数据传输量，现场仪表控制阀采用耐高温的控制阀，执行机构采用气动执行机构，压力和差压变送器采用FISHER 3051变送器。从而保证了具有苛刻时间要求的加热炉控制应用环境。

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3 系统主要功能及策略

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加热炉控制主要包括炉膛温度控制、燃烧介质压力控制、燃烧介质流量控制及部分设备保护控制。调整燃烧控制软件中的温度模糊控制程序和流量模糊控制程序参数:采样/控制周期，偏差模糊化因子，偏差变化率模糊化因子，输出量化因子，同时对模糊控制参数表进行了初步优化。

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