论文部分内容阅读
摘 要： 在加热炉生产过程中采用新型测温技术，对加热炉各个燃烧段进行测温，新型测温技术的原理是：利用加热炉各燃烧段的支管流量与煤气热值进行虚拟测温，数值与加热炉各分段的监测点热电偶测得的数值进行比对，为加热炉的安全生产增加双保险。
关键词： 加热炉；虚拟温度；温降系数；热值
中图分类号：TG315.11 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210152－01
0 前言
蓄热式加热炉是轧线生产的的一个重要组成部分，加热炉虚拟测温技术在不增加硬件的基础上，利用计算机编程技术对加热炉的生产过程中各段温度值的优化，为了不影响生产，在加热炉生产过程中，如果有热电偶故障，可以参考虚拟温度系统的温度，并检测故障，为加热炉的安全生产增加了双保险。
1 项目概况及控制任务
莱钢特钢厂大型加热炉虚拟测温系统的建立项目是莱钢自动化部特钢车间技术人员利用自身力量，在对加热炉生产工艺和操作流程的深度了解和掌握的基础上独立完成的优化项目；该系统的建立，是采用加热炉正常生产过程中在单位时间（t）内与外界温度交换的温降系数（△T）固定。
Tt-T0=均分钟流量（Ft-F0）×热值（R）-温降系数（△T）×时间（t）
（温降系数使用经验值，约3～5度/分，均分钟流量不是流量值瞬时值，取分钟流量平均后的累计值。）求出在单位时间内煤气燃烧的热值，根据单位时间内煤气燃烧的热值，得出单位时间内的虚拟温度，此虚拟温度值的曲线与实际温度值的曲线交叉，正负误差不大于10℃。该系统自2007年1月投入运行以来，一直工作稳定，未发生任何安全和设备事故，同时对特钢厂增加了很高的效益，取得了很好的经济和社会效益。通过近半年的运行，该方案的优点明显，对操作人员准确的判断炉温更加有效，使维护人员对异常设备的更换更加及时，大大缩短了处理故障时间，更好的满足连续生产的需求，取得了明显的经济效益，具有很好的应用推广价值。经过六个月的运行，整个系统运行稳定正常，没有因控制系统造成生产中断。由于煤气流量不稳定，该测温系统误差范围不好控制，需要进一步优化本系统，缩小误差范围，为生产过程优化提供数据。
2 系统的功能优化
2.1 实施方案
第一步统计各段30天的温度记录数值，分析出第一上段、第一下段和第二段温度的正常值范围（均热段、预热段温度比较稳定，基本没有变化），在趋势图中标注出正常温度变化区间；第二步编制虚拟诊断程序，通过画面选择诊断程序是否投运，投运的前提是加热炉处于保温阶段和正常生产阶段。影响炉体温度的因素很多，阀门开度、加温时间、凉坯热坯等等，诊断程序可分两部分进行，一是若是某一段的温度出现异常时，我们引入了虚拟温降系数（△t）、均分钟流量、虚拟热值等参数，根据公式Tn-T0=均分钟流量（Fn-F0）×虚拟热值（R）-虚拟温降系数（△t）×时间（n），计算虚拟温度，实现虚拟测温。因为大型1#加热炉现场没有煤气燃烧温度检测仪，而且根据加热炉工艺，加热炉在正常情况下各段温度在温度值变化比较平稳，所以我们虚拟一个经验值温降系数△t约等于3~7度/分钟，根据均分钟流量（均分钟流量不是流量值瞬时值，而是取分钟流量平均后的累计值），以5分钟为一个区间，计算出虚拟热值（R），再根据虚拟热值（R）计算出虚拟温度。这样计算出的虚拟温度与现场监测点热电偶测量温度误差在+/-10℃以内，这样的结果基本符合该项目的设计方案，符合加热炉的生产要求。
2.2 实施步骤
1）判断虚拟测温实施的条件
① 温度范围：温度不在某个区间，800℃～1400℃；
② 与其他温度比较，差值较大，超过200℃但是还在温度范围内。
2）温度报警
① 出现情况后在换面上先闪烁报警；
② 报警后通过现场上位机将报警传送会远程监控室。
3）虚拟测温程序
① 不同的煤气热值可通过编程来测量：
Tn-T0=均分钟流量（Fn-F0）×虚拟热值（R）-虚拟温降系数（△t）×时间（n）
（温降系数使用经验值，约3～7度/分，均分钟流量不是流量值瞬时值，取分钟流量平均后的累计值。）
以n=5，根据公式求出虚拟R值；将虚拟R值带入公式
T10-T5=（F10-F5）×R-△t×5
求出虚拟温度T10，虚拟温度T10趋势图应与实际温度趋势图交叉，这样计算出的虚拟温度与现场监测点热电偶测量温度误差在+/-10℃以内，结果基本符合该项目的设计方案，符合加热炉的生产要求。
3 系统的主要特点及意义
3.1 主要用途
该项目在不增加硬件的基础上，利用计算机编程技术对加热炉的生产过程中各段温度值的优化，为了不影响生产，在加热炉生产过程中，如果有热电偶故障，可以参考虚拟温度系统的温度，并检测故障，为加热炉的安全生产增加了双保险。
热电偶出现故障存在两种可能，一是断偶上位机数值显示为-27638；二是短偶上位机数值显示为0或者其它很小的数。虚拟测温系统在不耽误生产的同时，为检修人员提供了时间，及时安全的处理故障。
3.2 系统功能增强
该项目的开发，在原有系统功能的基础上，进一步完善了程序的控制功能，改进了画面的监控功能，控制功能透明化，提高了系统的灵活性，增强了系统的控制功能。
3.3 对节能降耗、增产、提高质量、寿命及提高竞争力等方面的意义
该项目的开发，通过对软件程序的大量优化与改造加快了生产节奏，大大提高了成材率，从而提高了生产产量，较好的满足了生产工艺的要求，达到较高的稳定性、安全性和可靠性，具有很好的推广应用价值。
4 结论
通过对大型加热炉控制系统功能的优化，减少了故障排除的时间，系统运行稳定，加热炉的控制条件得到进一步优化，为提高轧制成材率和棒材产量提供了宝贵的时间，通过优化控制程序和监控系统，使操作人员易于对系统进行操作以及故障分析。系统较好的满足了生产工艺的要求，达到较高的稳定性、安全性和可靠性，满足了生产的要求。
参考文献：
[1]SIMATIC S7-300 可编程系统手册，1998.
[2]SIMATIC WinCC系统手册，1998.
[3]《过程控制仪表》，冶金工业出版社，2004.
关键词： 加热炉；虚拟温度；温降系数；热值
中图分类号：TG315.11 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210152－01
0 前言
蓄热式加热炉是轧线生产的的一个重要组成部分，加热炉虚拟测温技术在不增加硬件的基础上，利用计算机编程技术对加热炉的生产过程中各段温度值的优化，为了不影响生产，在加热炉生产过程中，如果有热电偶故障，可以参考虚拟温度系统的温度，并检测故障，为加热炉的安全生产增加了双保险。
1 项目概况及控制任务
莱钢特钢厂大型加热炉虚拟测温系统的建立项目是莱钢自动化部特钢车间技术人员利用自身力量，在对加热炉生产工艺和操作流程的深度了解和掌握的基础上独立完成的优化项目；该系统的建立，是采用加热炉正常生产过程中在单位时间（t）内与外界温度交换的温降系数（△T）固定。
Tt-T0=均分钟流量（Ft-F0）×热值（R）-温降系数（△T）×时间（t）
（温降系数使用经验值，约3～5度/分，均分钟流量不是流量值瞬时值，取分钟流量平均后的累计值。）求出在单位时间内煤气燃烧的热值，根据单位时间内煤气燃烧的热值，得出单位时间内的虚拟温度，此虚拟温度值的曲线与实际温度值的曲线交叉，正负误差不大于10℃。该系统自2007年1月投入运行以来，一直工作稳定，未发生任何安全和设备事故，同时对特钢厂增加了很高的效益，取得了很好的经济和社会效益。通过近半年的运行，该方案的优点明显，对操作人员准确的判断炉温更加有效，使维护人员对异常设备的更换更加及时，大大缩短了处理故障时间，更好的满足连续生产的需求，取得了明显的经济效益，具有很好的应用推广价值。经过六个月的运行，整个系统运行稳定正常，没有因控制系统造成生产中断。由于煤气流量不稳定，该测温系统误差范围不好控制，需要进一步优化本系统，缩小误差范围，为生产过程优化提供数据。
2 系统的功能优化
2.1 实施方案
第一步统计各段30天的温度记录数值，分析出第一上段、第一下段和第二段温度的正常值范围（均热段、预热段温度比较稳定，基本没有变化），在趋势图中标注出正常温度变化区间；第二步编制虚拟诊断程序，通过画面选择诊断程序是否投运，投运的前提是加热炉处于保温阶段和正常生产阶段。影响炉体温度的因素很多，阀门开度、加温时间、凉坯热坯等等，诊断程序可分两部分进行，一是若是某一段的温度出现异常时，我们引入了虚拟温降系数（△t）、均分钟流量、虚拟热值等参数，根据公式Tn-T0=均分钟流量（Fn-F0）×虚拟热值（R）-虚拟温降系数（△t）×时间（n），计算虚拟温度，实现虚拟测温。因为大型1#加热炉现场没有煤气燃烧温度检测仪，而且根据加热炉工艺，加热炉在正常情况下各段温度在温度值变化比较平稳，所以我们虚拟一个经验值温降系数△t约等于3~7度/分钟，根据均分钟流量（均分钟流量不是流量值瞬时值，而是取分钟流量平均后的累计值），以5分钟为一个区间，计算出虚拟热值（R），再根据虚拟热值（R）计算出虚拟温度。这样计算出的虚拟温度与现场监测点热电偶测量温度误差在+/-10℃以内，这样的结果基本符合该项目的设计方案，符合加热炉的生产要求。
2.2 实施步骤
1）判断虚拟测温实施的条件
① 温度范围：温度不在某个区间，800℃～1400℃；
② 与其他温度比较，差值较大，超过200℃但是还在温度范围内。
2）温度报警
① 出现情况后在换面上先闪烁报警；
② 报警后通过现场上位机将报警传送会远程监控室。
3）虚拟测温程序
① 不同的煤气热值可通过编程来测量：
Tn-T0=均分钟流量（Fn-F0）×虚拟热值（R）-虚拟温降系数（△t）×时间（n）
（温降系数使用经验值，约3～7度/分，均分钟流量不是流量值瞬时值，取分钟流量平均后的累计值。）
以n=5，根据公式求出虚拟R值；将虚拟R值带入公式
T10-T5=（F10-F5）×R-△t×5
求出虚拟温度T10，虚拟温度T10趋势图应与实际温度趋势图交叉，这样计算出的虚拟温度与现场监测点热电偶测量温度误差在+/-10℃以内，结果基本符合该项目的设计方案，符合加热炉的生产要求。
3 系统的主要特点及意义
3.1 主要用途
该项目在不增加硬件的基础上，利用计算机编程技术对加热炉的生产过程中各段温度值的优化，为了不影响生产，在加热炉生产过程中，如果有热电偶故障，可以参考虚拟温度系统的温度，并检测故障，为加热炉的安全生产增加了双保险。
热电偶出现故障存在两种可能，一是断偶上位机数值显示为-27638；二是短偶上位机数值显示为0或者其它很小的数。虚拟测温系统在不耽误生产的同时，为检修人员提供了时间，及时安全的处理故障。
3.2 系统功能增强
该项目的开发，在原有系统功能的基础上，进一步完善了程序的控制功能，改进了画面的监控功能，控制功能透明化，提高了系统的灵活性，增强了系统的控制功能。
3.3 对节能降耗、增产、提高质量、寿命及提高竞争力等方面的意义
该项目的开发，通过对软件程序的大量优化与改造加快了生产节奏，大大提高了成材率，从而提高了生产产量，较好的满足了生产工艺的要求，达到较高的稳定性、安全性和可靠性，具有很好的推广应用价值。
4 结论
通过对大型加热炉控制系统功能的优化，减少了故障排除的时间，系统运行稳定，加热炉的控制条件得到进一步优化，为提高轧制成材率和棒材产量提供了宝贵的时间，通过优化控制程序和监控系统，使操作人员易于对系统进行操作以及故障分析。系统较好的满足了生产工艺的要求，达到较高的稳定性、安全性和可靠性，满足了生产的要求。
参考文献：
[1]SIMATIC S7-300 可编程系统手册，1998.
[2]SIMATIC WinCC系统手册，1998.
[3]《过程控制仪表》，冶金工业出版社，2004.