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罩式炉

集散控制系统在冷轧罩式炉上的应用

摘要：本文首先介绍了全氢罩式炉的概念以及其工艺过程，随后根据原有工艺技术和该厂控制技术要求，，对原全氢罩式退火炉的控制系统进行改造设计。新的自动控制系统以退火温度曲线为目标，实现退火过程的温度模糊控制。运行结果表明该自动控制系统升级改造成功，不但减少故障吹扫率，而且提高全氢罩式炉的生产率，实现了全氢罩式炉退火过程的自动化和信息化。

一、全氢罩式退火炉简介

1、概述

全氢罩式炉是一种退火工艺水平很高的罩式退火设备，具有生产效率高、退火产品质量优，介质、能量消耗低等优点，是改善和提高冷轧产品特别是冷轧带钢表面质量的重要设备，在冷轧产品的生产中得到了普遍应用。

2、罩式炉退火工艺过程简述
全氢罩式炉设备包括炉台、内罩、加热罩和冷却罩。其工艺过程如下：炉台装料，放置内罩并利用液压装置压紧内罩；检验H2阀和炉台内罩密封性，确保系统安全；用氮气吹扫内罩内空气，使内罩内氧含量减少到1%以下，为通入氢气做好准备；在内罩外放置加热罩，内罩和加热罩之间为燃烧区间，用空气吹扫燃烧区间的残余煤气。当内罩内氧含量低于1%时，开始加热点火；并用氢气置换内罩的氮气实现全氢气氛退火过程；退火过程的加热段、均热段，控制氢气流量吹扫；热密封测试；带加热罩冷却；吊走加热罩/热辐散/安装冷却罩；冷却罩冷却、喷淋水冷却；用氮气吹扫炉内氢气；钢卷吊运出炉。

二、全氢罩式退火炉改造前存在的问题
该厂冷轧罩式炉的全氢罩式退火炉控制系统年代久远，备品备件无法购买；原系统也不能支撑目前的生产管理系统，必须进行控制系统的改造升级，满足现代化生产要求。

三、控制系统改造方案设计

1、概述

根据原有工艺技术和该厂控制技术要求，，对原全氢罩式退火炉的控制系统进行改造升级。新的自动控制系统以退火温度曲线为目标，实现退火过程的温度模糊控制。运行结果表明该自动控制系统升级改造成功，不但减少故障吹扫率，而且提高全氢罩式炉的生产率，实现了全氢罩式炉退火过程的自动化和信息化。

2、温控系统控制方法

（1）.全氢罩式退火炉共19台，分组分别采用可控硅调压温度控制。

（2）.每台全氢罩式退火炉采用KY3000系列一体化智能三相可控硅调压器为基本功率调整单元，其具有智能型专家PID自整定调节移相触发功能，能够实现炉温实时采集功能，并通过PID调节移相触发可控硅调节加热功率进行温度控制；内部集成负载输出电流、电压采集模块可对负载电流及电压进行采集跟踪及保护；同时该功率调整单元自带串口通讯接口，可实modbusRTU通讯。KY3000系列一体化智能三相可控硅调压器为基本功率调整单元分别对每台电炉进行温度控制，可满足0.5％的控温精度。

（3）.单台全氢罩式退火炉温控系统采用的是一对一工作模式，每一套独立温控系统主电路分别由空开、交流接触器、快速熔断器、KY3000一体化智能三相可控硅调压器（带散热器、冷却风扇），冷却风扇及相关检测和保护电路组成；每台全氢罩式退火炉控制系统上安装一台人机界面（触摸屏），综合显示各系统工作状态，同时可直接对每一个子系统进行参数设置、数据记录等操作。用户可以通过各系统的人机界面很直观的对各工作的设备进行操作，达到用户自己真正的需求。

（4）. 控制系统集中配电、集中控制。控制系统及监控电脑放置于监控室，实行远程监控，电炉位于实验室工作区。19台全氢罩式退火炉最终由一台PC工控机进行集散控制。

（5）.控制系统可选用操作台结构形式或控制柜结构形式。其中操作台结构形式为，采用两台（高）1200mm*（宽）1200mm*（深）800mm的控制台及一台（高）1200mm*（宽）800mm*（深）800mm的电脑操作台组合而成,采用前后开门模式，操作台正面用于日常集中控制操作，后开门有利于维护及检修。

3、电脑集散监控系统方案

为方便操作和管理，整个热处理控制系统采用全电脑集散控制监控，所有功能模块均带有MODBUS通讯接口，能方便地与计算机联机工作,考虑到简单、方便、适用的原则，计算机显示组态主要由“温度控制系统总貌”、“实时曲线”、“历史报表”、 “历史曲线”、“参数设定”、“报警记录”等多个画面单元组成。计算机开机后点击桌面的组态运行系统，即可进入“xx系统”。

（1）.系统的控制软件系为电炉“量身定做”的专业测控软件，充分考虑了电炉运行各道工序的需求和特点，充分考虑了该行业的特点和各种个性化需求；具有很强的针对性。

（2）.参数设定方便直观。通过上位机或触摸屏上相应的参数设置界面，可以直观地对每一套系统控制参数进行设置和操作。

（3）.工艺曲线图形化设置、管理与操作是本系统软件设计的一大特色。通过上位机或触摸屏上相应的工艺参数设置界面，可预先设置10条以上工艺参数曲线，实际应用时，操作人员只需选择与处理材料相对应的工艺参数曲线，即可完成所有相关参数的设定和更新。通过上位机对电炉的管理（包括工艺曲线的设置、下传、启停等操作）变得十分简单。

（4）.自动记录过程控制曲线。对箱式炉各区、各台智能仪表的工艺控制均有独立的记录曲线，记录文件可长期保存在硬盘中作为历史记录供随时调阅、打印。

（5）.完善的报警功能，记录报警原因，事件记录可长期保存。

（6）.用户分为实验员和管理员，不同用户的权限级别可以设置。对关键参数设置、改动具有密码保护，试验员和管理员均可进行更改和设置，但需记录更改和设置的时间、具体更改数据及更改人的用户名。仅管理员可以进行试验结果数据的查询、修改、导出。

（7）.电量采集与记录功能，能实时显示每台电炉的电量使用情况，可以对每台电炉单独记录电量使用情况，可通过历史数据或曲线对比随时了解电炉耗电量是否有异常，随时掌握单台/汇总的电量使用情况，避免异常电能损耗。

（8）.系统具有良好的扩展性，此方案系统配置可支持30个接口。

综上所述，整个控制系统功能完善，可靠性高，实时监控电量使用、节能省电，同时完全能够满足冷轧19座罩式炉的工艺监控操作、报警消息、历史数据归档、实时数据、退火曲线显示等要求。运行结果表明该自动控制系统升级改造成功，不但减少故障吹扫率，而且提高全氢罩式炉的生产率，实现了全氢罩式炉退火过程的自动化和信息化。

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