基于PCS7的步进式加热炉燃烧控制系统设计

摘要

加热炉是一个典型的复杂的工业被控对象，它很显著地具有多变量，时变，非线性，强耦合，大惯性和纯滞后等特点，而且由于炉温分布难以测量，外界扰动因素多，很难对其进行准确建模和控制，因而世界各国从事冶金自动化控制的专家和学者一直在不断努力，争取从理论上和实践上取得加热炉控制技术的突破性进展。
　　 PCS7控制系统是一个基于PLC硬件平台和PROFIBUS现场总线技术的新型过程控制系统。PLC多用于冶金、化工行业和电厂辅机的控制系统设计，基于现场总线技术的PLC和传统的DCS相比，具有价格经济、系统开放、物理位置更加分散灵活等优势，随着PLC技术的发展，技术上来说，PLC可以实现任何DCS能够完成的控制，因此本项目中采用了PCS7控制系统。
　　 本文在以鞍钢1780mm4＃硅钢步进梁式加热炉的燃烧控制系统自动控制系统设计和调试的基础上，对实践工作进行了总结与提高，在前人的研究的基础上，结合现场实际情况，做了以下工作：
　　 首先，在对加热炉工艺要求及燃烧系统进行概述的基础上详细阐述了整个自动控制系统的设计过程。其中温度控制策略为：预热段和一加热段采用间拔控制方式，二加热段上部和均热段上部采用双交叉限幅控制方式，二加热段下部和均热段下部采用脉冲控制方式，这种将多种控制方式融为一体的控制方案在目前加热炉控制中应用较少。对炉压的控制采用自学习控制方案，此外还对空燃比控制，热量比控制，小流量开度控制等因素进行分析。其次，分析研究了PCS7软硬件平台，针对该控制系统进行了系统硬件配置，并给出了由以太网、工业以太网、现场总线三层网络组成的控制系统网络总体框架，并对CFC编程过程中需要检测和控制的项目列项，具体介绍了部分控制回路的控制方式。再次，对监控系统进行了分析和研究，完成了监控系统组态画面，对归档系统、消息系统进行了配置，并针对WINCC报表系统的不足，基于OLE数据接口和Excel开发设计了报表和记录系统，最后，对现场调试结果进行了分析研究。
　　 实际的生产运行结果证明，该系统设计合理，运行稳定可靠，满足生产硅钢的要求。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1步进式加热炉概述

1.2国内外加热炉控制系统的研究和应用现状

1.2.1国外加热炉计算机控制系统的研究和应用现状

1.2.2国内加热炉计算机控制系统的研究和应用现状

1.3 PCS7过程控制系统

1.3.1 PCS7过程控制系统的主要特点

1.3.2 PCS7过程控制系统的构成

1.4本论文研究的背景

1.5本论文研究的主要研究内容

2加热炉工艺要求及燃烧系统概述

2.1鞍钢4号加热炉工艺过程概述

2.2加热炉本体

2.2.1炉型结构

2.2.2加热炉主要技术特点

2.3加热炉燃烧系统

2.3.1供热能力配置及烧嘴型式

2.3.2助燃空气系统

2.3.3混合煤气和焦炉煤气系统

2.3.4氮气吹扫放散系统

2.3.5液态出渣系统

2.3.6排烟系统

2.4 4号加热炉技术性能

2.5加热炉总体设计要求

2.5.1工业控制系统设计的原则

2.5.2步进式加热炉控制系统设计的总体要求

3加热炉燃烧过程的控制策略

3.1炉膛温度控制

3.1.1双交叉限幅

3.1.2脉冲控制

3.1.3间拔控制

3.1.4空燃比

3.2炉压控制

3.3空气、煤气流量补正

3.4主从控制

3.5小流量开度控制

3.6小结

4加热炉控制系统设计

4.1 PCS7软件系统介绍

4.1.1 SIMATIC Manager管理器

4.1.2 HW Config硬件组态软件

4.1.3 NetPro硬件网络组态软件

4.1.4 CFC控制逻辑组态软件

4.1.5 Wince上位机监控系统设计软件

4.2加热炉燃烧控制系统硬件配置及网络构架

4.2.1上位机监控系统设置

4.2.2自动控制系统主站(AS)

4.2.3网络拓扑图

4.3检测、控制项目

4.4加热炉燃烧控制系统功能

4.4.1炉内温度控制

4.4.2燃烧空气压力控制

4.4.3热风放散

4.4.4烟道温度控制

4.4.5煤气总管压力检测、控制及快速切断

4.4.6燃烧安全装置

4.4.7助燃风机的启动及保护

4.5本章小节

5上位机监控系统设计

5.1监控画面布局

5.1.1概貌区(Overview Area)

5.1.2工作区(Working area)

5.1.3按钮区(Button area)

5.2图形介绍

5.2.1概貌画面

5.2.2加热炉各段燃烧控制画面

5.2.3风机监控画面

5.2.4温度监控画面

5.2.5加热炉冷却水监控画面

5.2.6启动条件

5.2.7能源介质监控

5.2.8排水泵监控画面

5.3归档系统创建

5.3.1归档方法

5.3.2实时／历史趋势显示

5.4报表和记录系统

5.4.1 VBA简介

5.4.2 OLE简介

5.4.3报表和记录系统设计

5.5本章小结

6总结和展望

6.1全文总结

6.2后续展望

致 谢

参考文献

附 录