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[摘 要]加热炉作为轧钢整个生产线中的一个不可或缺的热力设备，其控制水平与质量在很大程度上都将对钢产品的生产量、加热的质量与能源消耗、轧机的使用寿命等造成极大的影响，基于此，对其控制系统实施必要的设计优化，很有必然。本文从分析加热炉的结构及其控制系统的相关控制功能入手，具体探讨其自动化控制系统的相关设计优化措施，并对其应用效果进行探讨。
[关键词]加热炉 控制系统 炉内压
中图分类号：TD928 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0003-01
0. 引 言
自进入21世纪以来，节能减排策略已经成为了上述各大企业全面实现成本降低而利润升高的主要手段。在我国，虽然钢铁产业作为我国国民经济的重要构成部分，直接影响到我国整体经济水平好坏与综合国力的高低，极大地推动了我国社会经济的增长，但也必须承认钢铁产业是一种高能源消耗与高污染的产业类型，在一定程度上给我国环境造成较大污染。为此，减少钢铁产业的能源消耗，减少其污染排放就成为了钢铁行业发展的关键所在。故文章以首秦公司轧钢厂的加热炉应用为例，对其控制系统进行有效分析，并提出相应优化对策，以提高其控制水平，最终实现节能减排的目的。
1.轧钢加热炉的控制系统概述
1.1 系统构成
加热炉的网络控制系统，由3种网络组成，如图1所示，其一为Genius网，用于完成GE PLC主站控制器同GE PLC从站间的友好信息互通；其二为Profibus 网，用于完成GE PLC同西门子变频传动系统间的友好互通；其三为Ethernet网，用于完成GE PLC同画面服务器间、加热炉的L2服务器同扎线L2服务器间、画面服务器同操作终端、加热炉的L2服务器间的友好信息互通。而关于加热炉的硬件控制系统结构，是由一个二级系统构成，其中，L1系统涵盖了人机画面的监控系统、现场的执行机构与GE PLC主站、现场的检测装置以及GE PLC从站等几部分，而L2系统则由人机监控系统、控制模型与数据服务器等几部分构成[2]。
1.2 系统的控制功能
对于加热炉，其控制系统中各系统的功能也是有所不同的，其中，是L1级系统，为电控与仪器控制系统，是用来实现对板坯称与相关液压站等设备的控制，实现对板坯与坯料的位置动态控制，实现对出钢机与装纲机自动定位的控制，实现对加热炉的自动燃烧控制与汽化冷却的系统控制等各种功能的；而L2级系统，则为计算机自动控制系统，用于实现对加热炉的炉内各种坯料的动态跟踪，实现对相关生产数据的有效管理，实现对系统自动燃烧的有效控制与相关数据的设置处理，实现对画面与报表等各项功能，以迎合加热炉生产工艺与设备的相关控制需求。
2.轧钢加热炉的自动化系统的设计优化措施
以首秦公司所使用的加热炉为例，其采用的是智能化控制，使得诸如加热、预热与均热、炉内压的温度调整以及排烟温度的调整等生产工艺均是在结算及程序的有效控制下完成的，大大提升了生产的效果，减少了生产的成本。下面，就针对该自动化控制系统提出几点具体的系统设计优化措施，并对其优化效果进行探讨。
2.1 炉温控制调节措施
在轧钢加热炉中，其采用的是一个大惯性的系统来对其炉温进行有效控制，而传统PID参数的调整却无法满足钢铁厂实际的生产需求，故逐渐将其发展为了智能化的模糊控制，并构建了相应的多参数数学模型，然而，加热炉的控制效果还不是很满意，无法对炉温进行有效控制。基于此，本设计对其控制原理进行了相应调整，即通过实时动态采取想相应的温度量，在充分应用系统叠加法的基础上明确加热炉当前的温度，进而将其同预先设定好的炉温进行对比分析，以有效控制煤气的调节量，大约每次调节1%左右，间隔0.5～2s调节一次。但是，在调节炉温的过程中，需注意一旦当温度达到预制温度±20℃的时候，就不能再对其进行调整了，而这该优化设计同PID调节存在的本质区别。同时，该控制设计经过现场的验证，发现炉温被很好的控制了，从而大大减少了加热炉的能源消耗，缓解了钢坯被氧化烧损的情况，从整体上延长了加热炉的使用寿命。
2.2 炉内压的调节控制措施
在加热炉中，其炉内压控制效果的好坏，直接关系到其整体的节能环保效果，故为保证炉内压始终处于一个相对较稳定的微正压间，以避免冷空气的吸入与烟气的外泄，很有必要，因为，若能对加热炉炉内压实施合理控制，就可实现对其煤气燃烧过程中火焰的长度进行调节，并实现对炉温温度场的均匀区域划分，最终达到炉内气氛有效调节的功能[3]。故为实现对加热炉炉内压的有效控制，可把原先的引风机控制转变成变频控制，并结合模糊控制原理，充分发挥出PLC-300系统本身所具有的PID调节作用，于程序运行中对不同运行阶段中炉内压要求进行合理设定，从而确保加热炉炉体能夠始终处于微正压的状态。
2.3 系统保护优化措施
因该公司内部主要是通过借助煤气炉的发射器来产生煤气的，且其管网的压力相对来说比较平稳，故在该PLC系统中，对其煤气总管与空气总管作出了相应设定，即假如煤气总管压力值小于2.8kPa，而空气总管压力值小于3kPa的时候，该PLC控制系统就会自动将其煤气总管的快速切断阀切断，并停机生产环节，而且，该控制系统，还有配套的UPS供电系统，即使是在缺乏动力电源的情况下，该系统的安全保护程度也可安然运行，满足了安全生产保护的需求[4]。
3.系统运行效果分析
自2011年年底该公司的加热炉控制系统完成优化设计改造并投入正常使用以来，该控制系统整体运行都比较平稳，加热炉的排烟温度也能始终维持在160℃以下，且炉内的钢坯整体受热也比较均匀，并使其加热的能力从原先的40t/t增加到50t/h，大大提升了带钢的质量与产量，提高了加热炉的利用率，延长了其使用寿命，改善了钢坯的氧化烧损情况，整体应用运行效果良好。
4.结束语
众所周知，轧钢加热炉因受到其自身生产环境与生产环境的影响，使得其必然需要一个异常复杂的控制系统，用以实现对炉内燃料燃烧、炉内气压流动与炉内传热等环节的有效控制，基于此，实现加热炉的控制系统的自动化就成为了其发展必然趋势，有着巨大的现实意义。
参考文献
[1] 张艳伟，雷慧杰.轧钢加热炉自动控制系统的应用[J].甘肃冶金，2009，31（2）：87-89.
[2] 孟志强.加热炉控制系统的优化[C].//2013全国轧钢加热炉综合节能技术研讨会论文集.2013：239-242.
[3] 李宁，张志涛，王磊等.浅谈轧钢加热炉自动控制系统的应用[J].中国科技博览，2010，（24）：281.
[4] 于晓江.轧钢厂双蓄热式加热炉自动控制系统的优化[J].科技创新与应用，2013，（28）：107-107.
作者简介
王涌鑫，（1985.01——）：男，汉族，河北省秦皇岛市人，机电助理工程师，工学学士学位，研究方向：冶金行业轧钢加热炉设备维护及操作。
[关键词]加热炉 控制系统 炉内压
中图分类号：TD928 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0003-01
0. 引 言
自进入21世纪以来，节能减排策略已经成为了上述各大企业全面实现成本降低而利润升高的主要手段。在我国，虽然钢铁产业作为我国国民经济的重要构成部分，直接影响到我国整体经济水平好坏与综合国力的高低，极大地推动了我国社会经济的增长，但也必须承认钢铁产业是一种高能源消耗与高污染的产业类型，在一定程度上给我国环境造成较大污染。为此，减少钢铁产业的能源消耗，减少其污染排放就成为了钢铁行业发展的关键所在。故文章以首秦公司轧钢厂的加热炉应用为例，对其控制系统进行有效分析，并提出相应优化对策，以提高其控制水平，最终实现节能减排的目的。
1.轧钢加热炉的控制系统概述
1.1 系统构成
加热炉的网络控制系统，由3种网络组成，如图1所示，其一为Genius网，用于完成GE PLC主站控制器同GE PLC从站间的友好信息互通；其二为Profibus 网，用于完成GE PLC同西门子变频传动系统间的友好互通；其三为Ethernet网，用于完成GE PLC同画面服务器间、加热炉的L2服务器同扎线L2服务器间、画面服务器同操作终端、加热炉的L2服务器间的友好信息互通。而关于加热炉的硬件控制系统结构，是由一个二级系统构成，其中，L1系统涵盖了人机画面的监控系统、现场的执行机构与GE PLC主站、现场的检测装置以及GE PLC从站等几部分，而L2系统则由人机监控系统、控制模型与数据服务器等几部分构成[2]。
1.2 系统的控制功能
对于加热炉，其控制系统中各系统的功能也是有所不同的，其中，是L1级系统，为电控与仪器控制系统，是用来实现对板坯称与相关液压站等设备的控制，实现对板坯与坯料的位置动态控制，实现对出钢机与装纲机自动定位的控制，实现对加热炉的自动燃烧控制与汽化冷却的系统控制等各种功能的；而L2级系统，则为计算机自动控制系统，用于实现对加热炉的炉内各种坯料的动态跟踪，实现对相关生产数据的有效管理，实现对系统自动燃烧的有效控制与相关数据的设置处理，实现对画面与报表等各项功能，以迎合加热炉生产工艺与设备的相关控制需求。
2.轧钢加热炉的自动化系统的设计优化措施
以首秦公司所使用的加热炉为例，其采用的是智能化控制，使得诸如加热、预热与均热、炉内压的温度调整以及排烟温度的调整等生产工艺均是在结算及程序的有效控制下完成的，大大提升了生产的效果，减少了生产的成本。下面，就针对该自动化控制系统提出几点具体的系统设计优化措施，并对其优化效果进行探讨。
2.1 炉温控制调节措施
在轧钢加热炉中，其采用的是一个大惯性的系统来对其炉温进行有效控制，而传统PID参数的调整却无法满足钢铁厂实际的生产需求，故逐渐将其发展为了智能化的模糊控制，并构建了相应的多参数数学模型，然而，加热炉的控制效果还不是很满意，无法对炉温进行有效控制。基于此，本设计对其控制原理进行了相应调整，即通过实时动态采取想相应的温度量，在充分应用系统叠加法的基础上明确加热炉当前的温度，进而将其同预先设定好的炉温进行对比分析，以有效控制煤气的调节量，大约每次调节1%左右，间隔0.5～2s调节一次。但是，在调节炉温的过程中，需注意一旦当温度达到预制温度±20℃的时候，就不能再对其进行调整了，而这该优化设计同PID调节存在的本质区别。同时，该控制设计经过现场的验证，发现炉温被很好的控制了，从而大大减少了加热炉的能源消耗，缓解了钢坯被氧化烧损的情况，从整体上延长了加热炉的使用寿命。
2.2 炉内压的调节控制措施
在加热炉中，其炉内压控制效果的好坏，直接关系到其整体的节能环保效果，故为保证炉内压始终处于一个相对较稳定的微正压间，以避免冷空气的吸入与烟气的外泄，很有必要，因为，若能对加热炉炉内压实施合理控制，就可实现对其煤气燃烧过程中火焰的长度进行调节，并实现对炉温温度场的均匀区域划分，最终达到炉内气氛有效调节的功能[3]。故为实现对加热炉炉内压的有效控制，可把原先的引风机控制转变成变频控制，并结合模糊控制原理，充分发挥出PLC-300系统本身所具有的PID调节作用，于程序运行中对不同运行阶段中炉内压要求进行合理设定，从而确保加热炉炉体能夠始终处于微正压的状态。
2.3 系统保护优化措施
因该公司内部主要是通过借助煤气炉的发射器来产生煤气的，且其管网的压力相对来说比较平稳，故在该PLC系统中，对其煤气总管与空气总管作出了相应设定，即假如煤气总管压力值小于2.8kPa，而空气总管压力值小于3kPa的时候，该PLC控制系统就会自动将其煤气总管的快速切断阀切断，并停机生产环节，而且，该控制系统，还有配套的UPS供电系统，即使是在缺乏动力电源的情况下，该系统的安全保护程度也可安然运行，满足了安全生产保护的需求[4]。
3.系统运行效果分析
自2011年年底该公司的加热炉控制系统完成优化设计改造并投入正常使用以来，该控制系统整体运行都比较平稳，加热炉的排烟温度也能始终维持在160℃以下，且炉内的钢坯整体受热也比较均匀，并使其加热的能力从原先的40t/t增加到50t/h，大大提升了带钢的质量与产量，提高了加热炉的利用率，延长了其使用寿命，改善了钢坯的氧化烧损情况，整体应用运行效果良好。
4.结束语
众所周知，轧钢加热炉因受到其自身生产环境与生产环境的影响，使得其必然需要一个异常复杂的控制系统，用以实现对炉内燃料燃烧、炉内气压流动与炉内传热等环节的有效控制，基于此，实现加热炉的控制系统的自动化就成为了其发展必然趋势，有着巨大的现实意义。
参考文献
[1] 张艳伟，雷慧杰.轧钢加热炉自动控制系统的应用[J].甘肃冶金，2009，31（2）：87-89.
[2] 孟志强.加热炉控制系统的优化[C].//2013全国轧钢加热炉综合节能技术研讨会论文集.2013：239-242.
[3] 李宁，张志涛，王磊等.浅谈轧钢加热炉自动控制系统的应用[J].中国科技博览，2010，（24）：281.
[4] 于晓江.轧钢厂双蓄热式加热炉自动控制系统的优化[J].科技创新与应用，2013，（28）：107-107.
作者简介
王涌鑫，（1985.01——）：男，汉族，河北省秦皇岛市人，机电助理工程师，工学学士学位，研究方向：冶金行业轧钢加热炉设备维护及操作。