1 引言
萊鋼中型廠加熱爐采用連鑄坯，實(shí)現(xiàn)了坯料的熱裝、冷裝及熱緩沖工藝，其中熱裝比例達(dá)80%。加熱爐采用步進(jìn)式加熱爐，加熱能力130t/h，年設(shè)計(jì)加熱量52萬(wàn)噸。使用燃料為高、焦?fàn)t混合煤氣，分6段加熱,加熱到1250℃出爐。

2 系統(tǒng)配置
(1) 系統(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)由1臺(tái)控制器和1臺(tái)工作站構(gòu)成。控制器采用日本東芝公司MCS1000系統(tǒng)，該控制器有控制回路32路，控制點(diǎn)數(shù)1200余點(diǎn)。工作站采用東芝FA3100工控機(jī)。該控制器可接4個(gè)操作員接口站，工作站通過(guò)光纖連接到控制器上?？刂破魍ㄟ^(guò)以太網(wǎng)和網(wǎng)關(guān)連接到遠(yuǎn)程過(guò)程級(jí)計(jì)算機(jī)。該系統(tǒng)配置圖如圖1所示。
(2) 系統(tǒng)軟件
控制器采用日本東芝基于分散控制系統(tǒng)DCS的集總式控制系統(tǒng)TOSDIC-CIE1000，它是一種開放性的可靈活改變規(guī)模的控制系統(tǒng)，采用ENGINGEERING TOOL為控制軟件。操作員接口站由OIS1000系統(tǒng)構(gòu)成，采用INTELLUTION公司生產(chǎn)的基于WINDOWS操作系統(tǒng)的 FIXDMACS 5.65為監(jiān)控軟件。該監(jiān)控系統(tǒng)具有人機(jī)交互、通訊、顯示及存儲(chǔ)、打印等功能，主要用于數(shù)據(jù)、圖形顯示，機(jī)組狀態(tài)監(jiān)控，機(jī)組數(shù)據(jù)輸入，信息存儲(chǔ)等各種有關(guān)操作的功能畫面。操作的功能畫面主要有兩類，一是顯示操作畫面:本畫面一方面顯示數(shù)據(jù)，顯示方式為數(shù)字、曲線、棒圖、歷史趨勢(shì)等。另一方面，具有功能軟開關(guān)、軟按鈕等供操作人員進(jìn)行操作。 二是工藝流程畫面:顯示設(shè)備的工藝布置、工藝流程及相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。OIS1000標(biāo)準(zhǔn)屏幕管理流程如圖2所示。
3 系統(tǒng)控制功能
3.1 爐溫控制
加熱爐被分成上下預(yù)熱、上下加熱、上下均熱6個(gè)溫度控制區(qū)。區(qū)溫度由DCS中的單回路PID控制器控制。分為C(級(jí)聯(lián))、A(自動(dòng))和M(手動(dòng))3種控制方式。其中C方式為計(jì)算機(jī)即程序加熱方式，由CPU即加熱爐過(guò)程級(jí)控制。A方式中操作人員可從CRT設(shè)置SV(溫度設(shè)定點(diǎn)變量)來(lái)自動(dòng)燒鋼。M方式從CRT操縱MV(操縱變量)來(lái)手

圖1 硬件配置圖

動(dòng)拖動(dòng)流量閥門的開口度以調(diào)節(jié)爐溫。溫度控制器輸出通過(guò)比例控制結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)以確定助燃空氣流量控制器和燃?xì)饬髁靠刂破鞯脑O(shè)定點(diǎn)。每個(gè)區(qū)都配備有一對(duì)熱電偶，DCS會(huì)自動(dòng)選擇溫度較高的熱電偶或有源的熱電偶。
為了防止上區(qū)和下區(qū)相互干擾，提供了主/從控制方式。上區(qū)溫度控制優(yōu)先于下區(qū)溫度控制，下區(qū)的溫度由上區(qū)按操作員設(shè)定的主/從比控制。主/從控制只有在選擇“主/從控制”時(shí)才開始。
3.2 區(qū)助燃空氣和燃?xì)饬髁靠刂?BR>燃燒控制由燃?xì)饬髁靠刂坪椭伎諝饬髁靠刂平M成。2個(gè)流量控制均由區(qū)溫度控制器控制輸出。燃?xì)饬髁亢椭?/P>

圖2 OIS1000標(biāo)準(zhǔn)屏幕管理流程

空氣流量受“雙交叉限幅燃燒”控制，即便在瞬間條件下也能使空氣燃?xì)獗缺３衷谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)。助燃空氣流量借助測(cè)量孔板測(cè)量，通過(guò)差壓變送器，并用助燃空氣總管的溫度和壓力加以補(bǔ)償。燃?xì)饬髁拷柚髁靠装鍦y(cè)量，通過(guò)差壓變送器，用燃?xì)饪偣艿臏囟群蛪毫ρa(bǔ)償。空氣/燃?xì)獗劝匆罁?jù)燒嘴特性和燃燒負(fù)荷及燃?xì)鉄崃恐档目?燃比曲線自動(dòng)補(bǔ)償。
雙交叉限幅燃燒法通過(guò)根據(jù)爐溫控制器的輸出來(lái)控制燃?xì)夂涂諝饬髁勘榷哂惺谷?空比保持在一適當(dāng)范圍的功能，而每個(gè)流量設(shè)定值都有依據(jù)實(shí)際流量確定的上下限。采用這種控制，能在任何瞬間以及穩(wěn)定條件下高精度保持燃燒系統(tǒng)的多余空氣流量。雙交叉限幅控制原理如圖3所示。
3.3 爐壓前饋控制
爐壓控制用來(lái)保持一個(gè)恒定的爐膛壓力,由DCS中的PID控制器控制。爐壓在均熱區(qū)測(cè)量并借助于用汽缸致動(dòng)的煙道閘板進(jìn)行控制。為了在出料門開關(guān)期間爐壓保持在一定的范圍內(nèi)，爐壓控制器輸出用前饋修正系數(shù)補(bǔ)償。除了防止?fàn)t壓隨燃燒負(fù)荷改變而改變外，把總的燃燒氣流量當(dāng)作計(jì)算爐壓控制器輸出的前饋修正系數(shù)的基準(zhǔn)值。前饋控制通過(guò)稀釋閘板打開或助燃空氣流量改變時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償值由下面公式確定。
dD=[K1*(Dn-Dn-1)]閘板+[K1*(Dn-Dn-1)]空氣流量
K1:常數(shù) Dn:干擾量n Dn-1:干擾量n-1
當(dāng)出料爐門被打開時(shí),閘板鎖定操縱控制變量MV被記憶(MV1),PID隨即被鎖定,MV2供給了閘板制動(dòng)器,MV2用公式MV2=MV1-X%定義,X%從CRT上設(shè)定。當(dāng)出料門關(guān)閉時(shí)。在T1(由軟件定時(shí)器設(shè)定)時(shí)間到前，仍向閘板制動(dòng)器提供MV1。
3.4 空氣換熱器上游側(cè)廢氣溫度控制
為了防止換熱器溫度超出預(yù)設(shè)定溫度,通過(guò)向廢氣管道鼓入冷氣體來(lái)控制空氣換熱器上游側(cè)廢氣溫度。上游側(cè)廢

圖3 雙交叉限幅控制原理圖

氣溫度用一個(gè)熱電偶來(lái)測(cè)量，其信號(hào)送往DCS中的PID控制器。控制器用一個(gè)信號(hào)控制位于稀釋空氣鼓風(fēng)機(jī)入口的兩只控制閥的位置。鼓風(fēng)機(jī)起/停信號(hào)送至電氣系統(tǒng)。
3.5 氣體換熱器下游側(cè)廢氣溫度控制
氣體換熱器下游側(cè)廢氣溫度控制通過(guò)控制助燃空氣的空氣換熱器旁通流量保持在最低溫度上,以便在較低的溫度下防止2臺(tái)換熱器受酸的腐蝕?？刂破魍ㄟ^(guò)控制助燃空氣進(jìn)氣管與助燃空氣換熱器出口管之間的調(diào)節(jié)閥(旁通閥)的位置來(lái)調(diào)節(jié)溫度。
3.6 熱空氣泄露控制
為了使換熱器溫度保持在安全水平上并防止助燃空氣溫度過(guò)高,通過(guò)向大氣泄放熱空氣來(lái)提高通過(guò)換熱器的空氣流量。溫度由位于助燃空氣主總管的熱電偶測(cè)量，其信號(hào)送往DCS中的一個(gè)溫度PID控制器(TIC-3020)。同時(shí)，要求有一個(gè)防止助燃空氣鼓風(fēng)機(jī)喘振的最小流量。因此，放泄流量由位于放泄閥管道上的孔板測(cè)量，其信號(hào)在經(jīng)過(guò)壓力和溫度補(bǔ)償后送往DCS中的流量PID控制器(FIC-3030)。TIC-3020與FIC-3030之間的高選信號(hào)將控制位于熱空氣排放系統(tǒng)中的放泄閥(TCV-3020)。在燃?xì)饪偣艿那袛嚅y關(guān)斷的情況下，TCV-3020由小于T1(助燃空氣)和T2(氣體換熱器下游處的排氣溫度)的TIC-3020，F(xiàn)IC-3030及TIC-2081中的高選信號(hào)控制。TI，T2:由操作員預(yù)設(shè)定溫度。
3.7 燃燒安全和切斷系統(tǒng)
由于加熱爐使用的氣體為混合煤氣，為了保證人和設(shè)備安全,燃燒控制在出現(xiàn)下列情況之一時(shí)要自動(dòng)停爐或自動(dòng)鎖定。煤氣切斷后自動(dòng)進(jìn)行氮?dú)獯祾?。此外，在操作臺(tái)發(fā)出報(bào)警閃光和聲響。
(1) 自動(dòng)停爐的因素
a) 電源“故障”
b) 儀表壓縮空氣動(dòng)力壓力“低”
c) 助燃空氣壓力“低”
d) 氣壓力“低”
e) 冷卻水壓力“低”
f) 通過(guò)操作員“事故停爐”
(2) 其它報(bào)警信號(hào)
操作中出現(xiàn)下列報(bào)警時(shí),下面的一些控制如燃燒控制, 氮?dú)鈮毫刂?爐膛壓力控制及換熱器進(jìn)口側(cè)廢氣溫度控制均繼續(xù)。報(bào)警在屏幕上顯示。
a) 氮?dú)鈮毫Α暗汀?BR>b) 助燃空氣溫度“高”
c) 空氣換熱器上游溫度“高”
d) 冷卻水溫度“高”
e) 爐膛溫度“高”
f) 氣體換熱器下游側(cè)燃?xì)鉁囟取案摺?BR>該燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，性能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。加熱爐燃燒平穩(wěn)，爐溫控制精度達(dá)1%，鋼坯溫度均勻穩(wěn)定，鋼坯黑印表面和中心溫度≤30℃，氧化鐵皮燒損≤1.1%,熱耗以鋼坯熱上料產(chǎn)量 130t/h時(shí)為例只有665kj/kg,基本杜絕了鋼坯過(guò)燒發(fā)生粘鋼和鋼溫過(guò)低造成軋機(jī)負(fù)荷過(guò)大等事故的發(fā)生，為后道軋制工序提供了合格的鋼坯。