安徽天大集团步进梁式加热炉监控系统研究与设计（可编辑）

安徽天大集团步进梁式加热炉监控系统研究与设计（可编辑） 安徽天大集团步进梁式加热炉监控系统研究与设计 重庆大学 硕士学位论文 安徽天大集团步进梁式加热炉监控系统研究与设计 姓名:顾兴海 申请学位级别:硕士 专业:模式识别与智能系统 指导教师:高富强 20050501重庆大 学硕 士学 位论 文 中文摘要 摘 要 随 着 自 动 化 技 术 的 迅 猛 发 展 , 人 们 在 进 行 工 业 企 业 的 建 设 时 , 有 了 更 多 的 选 择 , 可 采 用 各 种 先 进 技 术 与 设 备 , 在 控 制 效 果 与 水 平 上 都 有 了 显 著 的 提 高 。 现 代 自动化技术形成了以计算机为核心, 包括:PLC , 常规设备, 智能仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf , 智能执行 机构,总线系统,操作 员站,工程师站等组成的多级复杂的 DCS 控制系统,各层 之 间 任 务 分 明 。 基 础 级 实 现 设 备 的 控 制 , 而 二 级 则 更 多 地 表 现 为 管 理 级 , 对 基 础 级进行参数设置、优化等,具有更多的智能。 本 论 文 研 究 的 课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 是 安 徽 天 大 集 团 步 进 式 加 热 炉 控 制 系 统 , 由 于 加 热 炉 的 被 控设备比较多,各设备之间要求紧密配合。典型的过程就是“上面烧,下面走” , 其 中 包 括 了 以 仪 表 为 主 的 热 工 过 程 控 制 及 以 电 机 运 行 控 制 为 主 的 电 气 控 制 。 这 就 要 求 对 各 种 被 控 设 备 的 特 性 规 律 作 深 入 的 分 析 研 究 , 结 合 工 艺 专 业 提 出 的 要 求 , 选择不同的控制方式,组成一个有机结合的系统整体。 西门子 PLC 为本控制系统提供了一个可塑性很强的平台。采用 Profibus 总线 连接的各远程模块, 使操作远程 I/O 就和在本 地操作一样; 先进的诊断技术为调试 提 供 了 可 靠 的 保 证 , 节 约 了 宝 贵 的 时 间 ; 各 种 功 能 模 块 的 提 供 , 大 大 减 少 了 编 程 时 间 , 提 高 了 工 作 效 率 。 所 有 这 些 都 体 现 了 其 信 息 一 体 化 和 控 制 经 济 化 的 优 势 , 是控制系统实施和运行的保证。 现 场 调 试 是 理 论 与 实 践 结 合 、 深 化 的 过 程 。 通 过 对 现 场 出 现 的 问 题 的 解 决 , 我 对 整 个 控 制 系 统 有 了 更 深 入 的 认 识 : 在 运 行 和 调 试 过 程 中 , 各 种 意 外 都 可 能 出 现 , 小 事 可 以 影 响 全 局 。 因 此 , 在 做 好 准 备 工 作 的 前 提 下 , 针 对 调 试 过 程 出 现 的 问题,要冷静思考,找出对策。 本 课 题 是 一 个 电 仪 一 体 化 控 制 系 统 , 体 现 了 今 后 工 业 控 制 系 统 的 发 展 方 向 。 在 实 施 过 程 中 , 对 控 制 系 统 结 构 进 行 了 一 些 有 益 的 探 索 , 预 留 了 先 进 控 制 系 统 的 接入端口,使其能随时跟上控制系统的发展潮流。 关键词: 液压比例技术 , 变频器, 双交叉限幅 燃烧控制, 串级控 制,PLC ,Profibus , MPI I重庆大 学硕 士学 位论 文 英文摘要 ABSTRACT With the rapid development of automation technology, we have more kinds of advance device and technology to choose in building the modern factory. These choices improve the control level and effect. The modern automation technology is made up of those device which are connected to the computer include the PLC 、 tradition equipment 、 intelligent instrument 、 intelligent implement machine 、 bus system 、 operator station and engineer station etc. This is the distribute control system which we often refer to. It has multi-classes architecture and each class has itself tasks. The foundation class controls the field equipment and the second class configure the foundation class’ s parameter, therefore, the second class can include all kind of algorithms and have more intelligence. This paper study on the control system of TianDa Group’ s walk bean furnace.It has many equipment to control, furthermore, those equipment must tightly cooperate. They can differentiate to thermal instrument control and electric control. The typical process is “ burning on the top of the furnace, and steel tube stepping up forward on the bed of the furnace. In the control process, we must cooperate with the other major professional and find the special require, and then, we can choose the appropriate control strategy to form a organic integrated control system. Siemens PLC system is a flexible control platform. Its independence part are connected by Profibus, therefore, we can use the remote I/O as same as the local. The advance diagnosis technology ensures the debugging process and save the checking time. The function block for special device in the step7 reduces the workload in programming. All of above embody the advantage of the message and control integration. The field debugging is the deepening of the cooperation of the theory and the practice. Through solving the field problem, I have more deeply understanding the whole control system. Various unexpected factor may appear, and they may influence the whole or partial system to work. Accordingly, after we are ready for debugging, we must try ourselves to find the problem and calmly think to find the dealing measure. The paper is to describe a electric machine integration system, this system indicate the control system’ s developing direction. In carrying out the project, we have made II重庆大 学硕 士学 位论 文 英文摘要 some useful explore, and have designed some advance control system interface for the future. Therefore, this system can tightly keep up with the development of the automation technology. Keywords: Hydraulic Proportional Technology, Inverter, Double Cross Limiting Range Combustion Control, Cascade Control, PLC, Profibus, MPI III重 庆大 学硕 士学 位论 文 1 绪 论 1 绪 论 1.1 课题来源 本 课 题 是 中 冶 赛 迪 总 包 安 徽 天 大 集 团 特 殊 钢 管 厂 加 热 炉 工 程 的 一 个 子 项 目 , 由作者 2004.3~2004.11 在中冶赛迪实习期间完成。 1.2 步进式加热炉系统背景及发展现状 1.2.1 步进式加热炉炉体背景及发展现状 钢 坯 在 轧 制 以 前 都 要 进 行 热 处 理 , 保 证 轧 制 的 温 度 , 细 化 钢 坯 内 部 的 晶 粒 结 构。 步进式加热炉就是 满足轧制工艺而设计的热处理设备, 对于轧制 不同的型材, 它 的 炉 底 结 构 有 所 不 同 , 除 此 之 外 的 其 它 结 构 基 本 一 样 。 所 谓 “ 步 进 ” 就 是 分 周 期 地 把 钢 坯 从 入 炉 端 送 到 出 炉 端 , 在 出 炉 端 , 钢 坯 已 经 被 加 热 到 轧 制 工 艺 要 求 的 温 度 。 步 进 式 加 热 炉 最 先 是 由 美 国 “ 表 面 燃 烧 ” 公 司 设 计 , 不 久 便 被 日 本 “ 中 外 炉 ” 公 司 引 进 日 本 , 从 那 以 后 步 进 式 加 热 炉 便 被 世 界 上 各 轧 钢 厂 普 遍 所 采 用 , 成 [1] 为轧线上的关键设备 。 从 步 进 式 加 热 炉 诞 生 到 现 在 , 它 一 直 处 在 不 断 的 发 展 、 改 进 当 中 。 在 诞 生 初 期 , 上 下 加 热 段 均 用 侧 烧 嘴 , 烧 嘴 火 焰 长 度 及 直 径 比 较 小 , 可 调 性 不 强 ; 后 来 改 进 了 炉 型 , 在 加 热 炉 上 部 设 端 烧 嘴 、 在 顶 部 设 平 焰 烧 嘴 和 在 下 部 设 侧 烧 嘴 , 使 加 热 效 果 得 到 了 改 善 , 保 证 了 炉 膛 温 度 的 均 匀 性 ; 到 现 阶 段 , 性 能 更 优 越 的 扁 平 焰 烧嘴 (火焰直径达 3 米) 、 蓄热式烧嘴被研制成功, 并且用于步进式加热炉, 使全 [2] 顶烧嘴的炉型得以实现 。 这种新型炉型能大 为减少炉子上的加热空间, 使炉型简 化 且 传 热 效 率 更 高 , 热 量 分 布 均 匀 , 炉 膛 的 热 惰 性 小 , 温 度 调 节 灵 活 , 既 强 化 加 热 , 亦 可 在 低 负 荷 时 , 保 持 较 低 的 热 耗 指 标 。 因 而 改 善 了 钢 坯 加 热 质 量 , 提 高 了 [3] 轧制的成材率 。 总之 , 步进式加热炉的炉体部分正朝更合理、 科学、 节能的方向 [5] 发展 。 1.2.2 步进式加热炉控制系统背景及发展 现状 步 进 式 加 热 炉 除 了 炉 体 本 身 结 构 之 外 , 它 的 控 制 系 统 也 是 相 当 关 键 的 , 是 整 个 加 热 炉 系 统 的 精 髓 所 在 。 因 而 从 步 进 式 加 热 炉 诞 生 开 始 , 人 们 就 对 它 的 控 制 系 [6] 统不断地进行作研究 。 可以说, 在炉体结构 比较成熟的今天, 人们把大部分精力 [7] 都投放到了步进式加热炉的控制系统上 。 步 进 式 加 热 炉 自 动 化 控 制 系 统 包 括 物 料 传 输 控 制 系 统 和 热 工 过 程 控 制 系 统 两 [8] 部分 。 前者以开关量 为主, 多属于电气控制; 后者以模拟量为主, 属于过程控制 [9] 。 早期的步进炉, 限于当时的控制设备水平, 电气控制部分多采用以继电器为基 1重 庆大 学硕 士学 位论 文 1 绪 论 础的控制系统,过程控制则采用 PID 控制器 等单元式仪表设备。后来它们分别被 专门处理开关量 PLC 和专门处理模拟量的 DCS 系统所取代。 近年来,PLC 功能扩 大, 它在保持传统优势的同时也加入了模拟量检测和处理功能; 而 DCS 系统也融 入 了 开 关 量 逻 辑 处 理 功 能 。 所 以 , 现 阶 段 的 步 进 式 加 热 炉 控 制 多 采 用 了 电 仪 一 体 化的控制方式, 即用 1 套 PLC 或者一套 DCS 系统实现步进式加热炉的电气和仪表 [10] 控制 。 在 控 制 系 统 硬 件 加 强 的 同 时 , 人 们 对 控 制 算 法 的 研 究 也 没 有 拉 下 , 特 别 是 对 燃 烧 系 统 进 行 优 化 控 制 的 研 究 , 并 就 此 提 出 了 多 种 算 法 , 其 中 包 括 : ? 单 交 叉 限 幅SCL ,?双交叉限 幅,?改进型双交叉限幅,?东芝快速 DCL 系统,?温度 [57] 最 优 设 定 模 型 , ? 自 适应 智 能 控 制 模 型 , ? 神经 网 络 自 适 应 控 制 模 型 , ? 专 家 [59] 系 统 参 数 设 定 模 型 ,? 模 糊 控 制 模 型 等 。 近年 来 , 国 内 学 者 在 这 方面 进 展 比 较 快 , 但 都 是 试 验 性 质 的 应 用 ; 也 有 一 些 钢 铁 企 业 从 日 本 和 法 国 引 进 了 优 化 控 制 技 术 , 但 至 今 尚 未 成 功 投 入 使 用 ; 国 外 虽 然 有 不 少 工 厂 配 备 了 这 些 装 置 , 而 实 际 生 产中投入自动控制大多还是基础自动化部分, 优化系统完全投入运行的还比较少。 所以,加热炉优化控制的时代还未真正到来。 1.3 PLC 控制网络背景及发展现状 1.3.1 可编程控制器背景及发展现状 在 可 编 程 控 制 器 诞 生 之 前 , 继 电 器 控 制 系 统 广 泛 应 用 于 顺 序 型 生 产 控 制 中 , 在 一 个 复 杂 的 控 制 系 统 中 , 可 能 要 使 用 成 百 上 千 个 继 电 器 , 如 果 控 制 工 艺 及 要 求 发 生 变 化 , 则 控 制 柜 内 的 继 电 器 和 接 线 也 要 作 相 应 的 变 化 , 有 时 这 种 变 化 是 非 常 大的,其改造费用高、工期长、容易出错,甚至不得不做新的继电器控制柜。 1968 年,美国最大的汽车制造商 ?通用汽车制造公司(GM ) ,为适应汽车型 号 的 不 断 翻 新 , 试 图 寻 找 一 种 新 型 的 工 业 控 制 器 , 以 尽 可 能 减 少 重 新 设 计 和 更 换 继电器控制系统的硬件及接线, 缩短工期, 降 低成本。 因而设想把计算机的功能、 灵 活 及 通 用 等 优 点 和 继 电 器 控 制 系 统 的 简 单 易 懂 、 操 作 方 便 、 价 格 便 宜 等 优 点 结 合 起 来 , 制 成 一 种 适 合 于 工 业 环 境 的 通 用 控 制 装 置 , 并 把 计 算 机 的 编 程 方 法 和 程 序输入方式加以简化, 用 “面向控制过程, 面向对象” 的 “自然语 言” 进行编程, 即 使 不 熟 悉 计 算 机 的 人 也 能 方 便 地 使 用 。 美 国 数 字 设 备 公 司 (DEC ) 承 担 了 研 制 任务, 并在 1969 年开 发出了第一台可编程序控制器, 用于通用汽车 公司的自动装 [11] 配线上,从而开创了工业控制的新局面 。 1971 年 , 日 本 从 美 国 引 进 了 该 项 新 技 术 , 很 快 研 制 出 了 可 编 程 序 控 制 器 DSC-8。1973 年,西欧 国家也研制出了他们自己的可编程序控制器。我国从 1974 年开始研制,1977 年开始工业应用。早期的可编程序控制器是为取代继电器控制 2重 庆大 学硕 士学 位论 文 1 绪 论 线路、 存储程序指令、 完成顺序控制而设计的。 主要用于: 1 逻辑运 算;2 计时、 计 数 等 顺 序 控 制, 均 属开 关 量 控 制 。 所以 , 通常 称 为 可 编 程 序逻 辑 控制 器PLC - Programmable Logic Controller 。 进入 70 年代后期, 随着微电子技术的发展,PLC 采 用 了 通 用 微 处 理 器 , 这 种 控 制 器 就 不 再 局 限 于 当 初 的 逻 辑 运 算 了 , 功 能 不 断 增 强。 因此, 实际上应称 之为 PC ?可编程序控 制器 (鉴于与个人计算机的简称相区 [12] 别,沿用以前的名字 PLC ) 。 至 80 年代,随大规模和超大规模集成 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 等微电子技术的发展,以 16 位 和 32 位微处理器构成的微机化 PLC 得到了惊人的发展。 使 PLC 在概 念、 设计、 性能、 价 格 以 及 应 用 等 方 面 都 有 了 新 的 突 破 。 不 仅 控 制 功 能 增 强 , 功 耗 和 体 积 减 小 , 成 本下降, 可靠性提高, 编程和故障检测更为灵活方便, 而且随着远程 I/O 和通信网 络、数据处理以及图象显示的发展,使 PLC 向连续生产过程控制的方向扩展,成 [13] 为实现工业生产自动化的一大支柱 。 进入二十 一世纪 ,随着 电子技术 与软件 技术的 进一步发 展,PLC 的 发展也有 了新的态势: 1 PLC 技术正与 PC 技术融合 ? 近年来,PC 在自动化领域中的应用在扩大, 专家们认为没有必要让 PLC 与 PC 进行技术竞争, 而是要融合, 把 PC 技 术作为一种补充技术在 PLC 中集 成起来。因此,未来的 PLC 将具有个人计 算机的一些技术,比如说 视窗操作 系 统 、IP 网 络 通 信 等 , 而 行 业 内 为 它 取 了 新 的 词 汇 : 可 编 程 自 动 化 控 制 器 (Programmable Automation Controller ,PAC ) 。 2 开放式的设计成为主流 ? 在 PLC 诞生后的很长一段时间内, PLC 生产厂家都各自为阵, 生产的 PLC 在软、硬件体系结构上不兼容,造成工业企业在不同建设阶段采用的 PLC 控 制 系 统 互 联 性 差 , 不 能 满 足 现 阶 段 企 业 生 产 、 管 理 的 需 要 。 近 年 来 , 幸 好 各 PLC 厂家都在向国际电工协会 (IEC ) 制定的 国际工业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 靠拢, 相信不久的 将来,不同厂家的 PLC 产品能做到相互兼容、置换,不同产品可以在一个控 制系统中运行。 3 PLC 控制系统向分散化 发展 ? 随 着 网 络 与 智 能 装 置 功 能 的 日 臻 完 善 , 控 制 功 能 已 经 没 有 必 要 集 中 在 中 央控制器上 了。PLC 未来发展的 方向 就 是把 控制功能分 配到基 层的 过程 ,各 自智能 I/O 通过通讯 与 PLC 交换指令。而智能 I/O 中的专用模块 则完成具体 的 预 处 理 、 开 环 或 闭 环 控 制 等 任 务 。 另 外 , 这 种 方 式 能 增 强 系 统 的 自 治 性 , 使控制功能分散,提高可靠性。 4 容错系统得到重视 ? 3重 庆大 学硕 士学 位论 文 1 绪 论 容错系统的发展也体现了 PLC 超强功能。系 统的 故障自搜索、自诊断、 自 处 理 等 , 使 之 在 某 些 故 障 和 软 件 错 误 的 情 况 下 , 系 统 仍 能 安 全 的 运 行 。 普 通的 PLC 与具有容错系统 PLC (即 PPSs ) 的 区别是后者在硬件和软件上都要 求有足够的冗余功能。 一般双通道冗余、 切换和单边配制的组合是最经济的, 但 现 在 大 多 要 求 有 三 层 冗 余 , 使 之 更 加 安 全 。 这 可 以 根 据 厂 家 对 安 全 需 求 灵 活选择。 5 PLC 的微型化 ? PLC 的微 型化并 不是 说削减功 能来达到 减小 体积的目 的,而是 随微 电子 技术的发展, 体积减小而功能却有所增强,使 PLC 的应用领域扩大到 远离工业 控制的其它行业,如快餐厅、 医院手术室、 旋转门和车辆等,甚至引入家庭住宅、 娱乐场所和商业部门等。同时,各种各样与 PLC 配套的传感器如雨 后春笋般 的不断涌现,拓展了自动化的概念。 1.3.2 现场总线背景及现状 现场总线在它的 诞生初期, 是伴随着当时 PLC 发展而发展的, 它把 PLC 以一 种较简洁的方式连接 了起来。80 年代中后期,随着计算机技术,通信技术,集成 电 路 技 术 及 智 能 传 感 技 术 的 发 展 , 计 算 机 通 信 技 术 被 引 入 现 场 总 线 , 大 大 增 强 了 现场总线的功能 。从而使它摆脱 PLC 成为控制领域的一个分支,它体现了现代工 [15] 业控制的核心思想,即“分散控制,集中监控” 。它的优势有: 1 各智能仪表直接挂在总线上, 数字信号完全取 代 4~20mA 模拟信号, 提 ? 高了系统的抗干扰能力,同时节省了硬件成本。 2 使 基 本 过 程 控 制 、 报 警 和 计 算 功 能 等 完 全 在 现 场 完 成 , 可 增 强 系 统 的 安 ? 全可靠性,减少故障停机时间。 3 使 设 备 增 加 非 控 制 信 息 , 如 自 诊 断 信 息 、 组 态 信 息 以 及 补 偿 信 息 等 , 提 ? 高设备的智能化,完善了整个企业的信息系统。 4 把 控 制 彻 底 地 下 放 到 现 场 , 现 场 的 智 能 仪 表 完 成 诸 如 数 据 采 集 、 数 据 处 ? 理,实 现了现场管理和控制的统一。 5 真正实现系统开放性、互操作性。 ? 现 场 总 线 在 工 业 控 制 中 的 优 势 促 使 了 它 的 迅 速 发 展 , 现 在 正 处 于 群 雄 并 起 、 [16] 百 家 争 鸣 的 阶 段 。 目 前 已 开 发 出 有 40 多 种 现 场 总 线 , 如 Interbus 、Bitbus 、 DeviceNet 、MODbus 、Arcnet 、P-Net 、FIP 、ISP 等,其中最具影响 力的有 5 种, 分别是 FF 现场总线 基 金会 、Profibus (过程 现场总线) 、LonWorks (局部操作网 络) 、CAN (控制局域 网络) 、HART (可寻址 远程传感器数据通路) 等 。 它们有各 [17] 自的特点,有各自应用领域 。 4重 庆大 学硕 士学 位论 文 1 绪 论 1.4 课题研究的主要内容及意义 本 课 题 研 究 的 主 要 内 容 是 天 大 集 团 特 种 无 缝 钢 管 厂 步 进 式 加 热 炉 建 设 中 的 一 部 分 , 即 步 进 式 加 热 炉 控 制 系 统 。 整 个 控 制 系 统 的 任 务 是 : 按 照 工 艺 专 业 提 出 的 工 艺 流 程 , 控 制 各 种 硬 件 设 备 相 互 协 调 工 作 , 完 成 设 计 的 生 产 目 标 。 主 要 任 务 由 下面各项组成。 1 轧钢工艺提出的加热炉功能要求 ? 1 炉体结构 加热有效长度为 7500mm 装出料辊道中心距离 , 炉膛内长 8120mm, 炉膛内宽 15000mm ,炉膛高 2000mm 。 2 荒管规格 加 热 荒 管 的 规 格 为: 直 径 Φ79 ~ Φ175mm, 管 壁 厚 :4 ~25mm , 最 大 长 度 : 13500mm, 最大重量为:600Kg/ 根。 3 加热能力 最大热负荷能力:45t/h ,最大出炉根数:120~130 根/ 小时。 4 荒管进出炉的温度 荒管入炉温度为 400?~500?,出炉温度为 930?~1000?。 2 需要控制的主要子系统 ? 1 电气部分: 1 进出炉辊道; 2 炉底步进机械; 3 进出炉炉门; 4 液压站。 2 仪表部分: 1 温度控制系统; 2 炉压控制系统; 3 天然气压力控制系统; 4 预热空气压力控制系统; 5 各种越界报警项目等。 步 进 式 加 热 炉 控 制 系 统 的 设 计 蓝 图 由 中 冶 赛 迪 自 动 化 事 业 部 的 工 程 师 完 成 , 本 人 在 此 工 程 中 参 与 了 步 进 式 加 热 炉 控 制 系 统 修 改 设 计 、 现 场 施 工 、 电 气 与 仪 表 设备调试、PLC 控制系统的硬件配置与软件编制等工作。 由 于 步 进 式 加 热 炉 是 多 个 设 备 构 成 的 一 个 有 机 整 体 , 是 一 种 流 式 生 产 设 备 , 具 有 连 续 高 速 的 生 产 能 力 , 因 此 研 究 加 热 炉 控 制 系 统 中 的 各 种 控 制 信 号 之 间 的 时 序 关 系 、 联 锁 关 系 , 制 定 出 优 化 的 控 制 方 案 , 在 充 分 发 挥 设 备 的 潜 力 提 高 生 产 效 5重 庆大 学硕 士学 位论 文 1 绪 论 率 上 , 是 十 分 必 要 。 同 时 , 步 进 式 加 热 炉 是 一 个 巨 大 的 能 量 消 耗 体 , 在 燃 烧 过 程 中 采 取 先 进 的 控 制 算 法 , 在 节 省 能 源 、 减 少 环 境 污 染 等 都 有 着 很 强 的 现 实 意 义 。 因此,本课题在指导实践及理论研究都具有一定的价值。 下 面 的 章 节 将 从 电 气 控 制 系 统 、 过 程 控 制 系 统 、 控 制 系 统 实 现 、 系 统 调 试 分 析等方面详细介绍整个控制系统。 6重庆大 学硕 士学 位论 文 2 步进式加热炉电气 控制系统分析与设 计 2 步进式加热炉电气控制系统分析与设计 2.1 概述 步 进 式 加 热 炉 电 气 控 制 系 统 主 要 控 制 荒 管 的 传 输 装 置 及 一 些 辅 助 配 套 设 施 。 其 中 包 括 了 进 出 料 炉 门 、 反 料 炉 门 、 进 出 炉 辊 道 、 液 压 动 力 系 统 和 助 燃 风 机 等 设 备 的 控 制 。 除 了 助 燃 风 机 是 个 独 立 的 系 统 , 只 有 手 动 启 动 方 式 外 , 其 它 几 个 系 统 既 有 手 动 控 制 又 有 联 动 控 制 , 而 联 动 控 制 要 求 控 制 信 号 相 互 之 间 有 严 格 的 时 序 关 系 。 由 于 步 进 炉 炉 内 处 于 高 温 环 境 , 不 便 安 装 检 测 设 备 , 因 此 联 动 时 , 只 有 靠 时 序 关 系 来 控 制 各 设 备 的 运 动 。 这 就 要 求 所 有 设 备 都 不 能 出 现 故 障 , 否 则 就 只 有 紧 急 停 车 , 排 除 故 障 后 , 靠 手 动 方 式 回 到 初 始 状 态 , 再 启 动 电 气 联 动 系 统 。 要 保 证 各 设 备 都 准 确 无 误 的 工 作 , 不 仅 时 序 逻 辑 关 系 要 正 确 , 而 且 对 各 个 系 统 的 被 控 设 备的性能也要深入研究, 找出可能出现的意外 情况, 在逻辑控制中加 入处理方式, 使系统尽可能的按照预定的方式运行,满足生产节奏的要求。 2.2 荒管传送工艺流程 本 加 热 炉 是 钢 管 轧 线 上 的 热 处 理 设 备 , 它 的 电 气 传 输 部 分 的 功 能 是 把 从 穿 孔 机出来的荒管运送到轧机入口的辊道上, 它的传输过程按图 2.1 中的箭头方向进行 的: 1 从穿孔机出来的荒管经辊道被运送到入炉门门口, 冷金属探测器检测 到有 ? 钢后,发出停止穿孔机工序段辊道的命令,随后荒管被停在炉门口; 2 步进梁发出可以装钢命令(何时发出命令在 2.5 节详细介绍) ; ? 3 收到可以装钢的命令后,入炉门开始打开; ? 4 当炉门开到位后,启动炉内炉外辊道运送荒管入炉; ? 5 当荒管尾部经过冷金属探测器一段时间后, 炉内辊道停转, 入炉过程完 成, ? 关闭炉门;转向 1 ,等待下一次入炉。 ? 6 步进机构的活动梁作矩形运动, 把荒管从入炉辊道上抬起, 前进一步放 到 ? 固定梁上; 固定梁上原先的荒管全部前进一步; 最前面一根荒管被放到出 炉辊道上(详细步进动作在 2.5 介绍) 。 7 待活动梁发出出钢命令后,出炉辊道停止慢速转动,出炉门打开; ? 8 出炉门开到位后,启动出炉辊道快转,把加热好的荒管送往轧机辊道; ? 9 待荒管尾部经过热金属探测器后,出炉过程完毕,关闭炉门,转向 7 。 ? ? 7重庆大 学硕 士学 位论 文 2 步进式加热炉电气 控制系统分析与设 计 6 5 8 12 7 4 9 11 10 2 1 3 1 -出 炉炉 门电 机; 2 -出 炉辊道 电机 (共 10 个 ) ; 3 -返料 炉门 电 机 ; , 4 -炉 底步进 机构 的活动 梁; 5 -入 炉炉 门电 机; 6 -入 炉辊 道电 机 ( 共 9 个 ) ; 7 - 固 定梁 ( 与 炉体固 定在 一起) ; 8 - 入 炉 门前 的冷 金属探 测器 ; 9 - 出炉 门口 的热金 属 探 测器 ; 10 -出 炉炉门 ; 11 -返料炉门; 12 -入炉炉门 图 2.1 步进炉传输流程图 Fig2.1 Transfer flow chart in the furnace 2.3 电气控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 概述 电 气 控 制 的 最 终 目 的 是 保 证 荒 管 在 加 热 炉 内 顺 利 的 传 输 , 维 持 荒 管 对 轧 机 的 供 应 量 。 这 就 需 要 各 种 电 气 设 备 密 切 配 合 , 严 格 按 照 时 序 动 作 。 我 将 电 气 控 制 系 统分为炉门控制、辊道控制和炉底机构液压传动控制等三个系统分别进行介绍。 2.4 炉门控制系统 2.4.1 炉门的功能 步进式加热炉 有 3 道 炉门, 它们共同的功能是避免炉内压力、温度在设定值 左 右 波 动 , 减 少 工 作 过 程 中 炉 外 干 扰 对 压 力 温 度 的 影 响 。 除 了 这 些 外 , 它 们 也 有 各 自 的 任 务 , 入 炉 炉 门 是 在 荒 管 进 炉 时 打 开 , 进 炉 完 成 后 关 闭 ; 出 炉 炉 门 在 荒 管 出 炉 时 开 启 , 出 炉 完 毕 后 关 闭 ; 而 返 料 炉 门 则 肩 负 着 在 荒 管 需 要 重 新 加 热 时 , 以 及荒管不需加热直接过炉轧制时,开启和关闭炉门的双重任务。 8重庆大 学硕 士学 位论 文 2 步进式加热炉电气 控制系统分析与设 计 2.4.2 炉门系统组成 步 进 式 加 热 炉 每 道 炉 门 的 组 成 结 构 都 是 相 同 的 : 炉 门 盖 板 通 过 牵 引 绳 与 炉 门 电 机 相 连 , 炉 门 电 机 正 反 转 带 动 炉 门 盖 板 上 升 下 降 , 从 而 打 开 和 闭 合 炉 门 。 因 为 炉门的口径比较小, 盖 板上升下降一小段距离 就能完成开启和关闭的任务, 因此, 采用行程开关来限定盖板上升下降的范围,保证炉门能快速开到位和关到位。 [22] 2.4.3 炉门电机的物理特性 电机的物理特性决定了电机的工作能力。 在生产过程中, 炉门要频繁的开启和 关 闭 , 对 电 机 过 渡 过 程 要 求 比 较 高 , 既 要 反 应 迅 速 又 要 保 证 稳 定 运 行 。 其 关 键 在 于对启动和制动过程了解,选择合适的电机以及合理的控制方案。 1 电机启动 ? 电机启动是指电机从静止状态开始转动起来, 直到最后达到稳定运行。 对于任 何一台电机, 只有TT [ 一般 要求T (最大启动转矩) ?1.1~1.2 T (负载转 st L st L 矩)] 的条件下,才能顺利启动。T 越大于T ,启动过程所需要的时间就越短。 st L 对三相 异步电 机来 说, 由于启 动动瞬 间 s ?1s 为 转差率 , 旋转磁 场与 转子之 间 的 相 对 速 度 较 大 , 转 子 电 路 的 感 应 电 动 势 及 电 流 都 很 大 , 所 以 启 动 电 流 远 大 于 额 定 电 流 。 在 电 源 容 量 与 电 机 的 额 定 功 率 相 比 不 是 足 够 大 时 , 会 引 起 输 电 线 路 上 电 压 降 的 增 加 , 造 成 供 电 电 压 的 明 显 下 降 , 不 仅 影 响 同 一 供 电 系 统 中 其 它 负 载 的 工 作 , 而 且 会 延 长 电 机 本 身 的 起 动 时 间 , 此 外 在 起 动 过 于 频 繁 时 , 还 会 引 起 电 动 机过热。 异步电机有多种启动方法, 如降压启动, 延边 三角形启动等, 但是最常用的还 是 直 接 启 动 。 直 接 启 动 就 是 将 电 机 的 定 子 绕 组 直 接 加 上 额 定 电 压 起 动 , 这 时 的 启 动 电 流 虽 然 很 大 , 但 是 因 为 起 动 时 间 很 短 , 而 且 随 转 子 转 动 起 来 后 , 电 流 很 快 减 少 , 只 要 启 动 不 是 过 于 频 繁 , 是 不 致 引 起 电 机 过 热 ; 如 果 电 源 的 容 量 又 足 够 大 , 电源的额定电流远大于电机的起动电流,也不会引起供电电压的明显下降。 2 电机制动 ? 电机在启动以后, 由于生产工艺的要求, 需要停下来, 应对电机进行制动。 和 启 动 一 样 , 也 有 多 种 制 动 方 式 , 最 直 接 的 方 式 就 是 断 开 三 相 电 源 , 让 电 机 由 自 身 的 摩 擦 力 停 下 来 , 这 种 方 式 虽 然 简 单 , 但 是 停 机 的 时 间 太 长 。 工 业 应 用 中 , 常 用 的制动方式有:机械制动、反接制动、能耗制动等。 对于小型电机, 大多采用机械制动的方式, 它的工作过程是: 切断电机电源之 后 , 利 用 机 械 使 电 机 迅 速 停 止 转 动 。 常 用 的 机 械 制 动 装 置 有 电 磁 抱 闸 和 电 磁 离 合 器 两 种 , 它 们 的 制 动 原 理 基 本 相 同 。 就 拿 电 磁 抱 闸 的 方 式 来 说 , 它 主 要 由 电 磁 铁 和闸瓦制动器两部分组成, 电磁铁由铁芯、 衔 铁和线圈组成; 闸瓦制动器由闸轮、 闸 瓦 、 杠 杆 、 弹 簧 和 支 座 组 成 ; 当 电 磁 抱 闸 线 圈 通 电 时 , 吸 合 衔 铁 动 作 , 克 服 弹 9重庆大 学硕 士学 位论 文 2 步进式加热炉电气 控制系统分析与设 计 簧 力 推 动 杠 杆 , 使 闸 瓦 松 开 闸 轮 , 电 动 机 正 常 运 转 。 当 电 磁 抱 闸 线 圈 断 电 时 , 衔 铁与铁芯分离,在弹簧作用下,使闸瓦紧紧抱住闸轮,电机被迅速制动而停转。 2.4.4 炉门控制方案 1 电机选型 ? 炉门盖板重 20KG ,在 考虑上升过程中可能产生摩擦后,确定了电机参数 为: 额定功率 为 2Kw, cos0.8, 额定转速 初 始 化 为 1410r/min 。 紧 急 停 止 ? 2 电机制动 Y ? N 制 动 方 式 选 择 了 机 械 制 动 , 保 证 自 动 ? N Y 在 突 然 停 电 或 电 气 故 障 时 , 能 锁 住 炉 初 始 状 态 ? 手 动 ? N N 门不乱动,砸坏荒管。 Y Y 3 正反转实现方式 上 升 命 令 ? 上 升 按 下 ? ? N N Y Y 通 过 交 流 接 触 器 外 加 热 继 电 器 控 上 限 位 ? 上 限 位 ? Y Y 制 电 机 的 正 反 转 。 交 流 接 触 器 的 通 断 N N 在 下 降 ? 上 升 由 PLC 的数字量输出控制, 热继电器 Y N 对 电 机 进 行 过 流 保 护 , 当 启 动 电 流 过 上 升 大 时 , 断 开 交 流 接 触 器 的 控 制 回 路 , 下 降 按 下 ? 切断电机供电回路。 N Y 4 炉门控制流程图 ? 下 降 命 令 ? 下 限 位 ? N Y Y N 炉 门 何 时 上 升 、 何 时 下 降 是 由 生 下 降 下 限 位 ? Y 产 工 艺 决 定 的 。 手 动 状 态 时 , 上 升 按 N 在 上 升 ? 钮 按 下 , 炉 门 上 升 ; 下 降 按 钮 按 下 , Y N 炉 门 下 降 。 而 在 自 动 联 锁 状 态 时 , 完 下 降 全 靠 整 个 系 统 按 时 序 关 系 发 出 开 关 炉 门 命 令 来 运 行 。 炉 门 控 制 系 统 的 流 程 图 2.2 炉门控制流程图 可以用图 2.2 来表示。 Fig2.2 control flow chart of furnace doors 2.5 步进梁控制系统 2.5.1 步进梁控制任务 1 步进梁工作方式要求 ? 为 应 对 轧 线 可 能 出 现 的 各 种 情 况 , 步 进 机 构 要 采 取 相 应 的 工 作 方 式 来 保 证 荒 [20] 管在加热炉中的加热效果。它有以下几种工作方式 : 1 )手动方式 控 制 活 动 梁 前 后 上 下 动 作 的 操 作 键 按 下 后 , 执 行 相 应 的 动 作 。 一 般 在 调 试 或 10重庆大 学硕 士学 位论 文 2 步进式加热炉电气 控制系统分析与设 计 者系统复位时使用。 2 )半自动方式 处 于 这 种 方 式 时 , 操 作 台 上 正 循 环 和 逆 循 环 按 键 有 效 。 正 循 环 按 下 后 , 活 动 梁经过上升- 前进- 下 降- 后退等过程回到起 点; 逆循环按下后, 活动梁经过前进 - 上升- 后退- 下降等过程回到起点。这种方式在人工向轧机送钢时比较有用。 3 )自动方式 自 动 方 式 就 是 根 据 系 统 的 联 锁 信 号 , 连 续 不 断 的 作 正 循 环 运 动 。 正 式 生 产 时 就是采用这种方式。 4 )踏步方式 踏步动作就是不断执行上升- 下降过程。 当 轧机出现意外不能轧制时, 踏步 动 作 使 荒 管 在 原 位 不 停 滚 动 , 使 之 受 热 均 匀 , 可 避 免 荒 管 在 炉 内 因 过 热 而 变 形 。 这种工作方式既可插入到自动操作中,也可人工操作。 5 )停中位方式 停 中 位 就 是 把 活 动 梁 停 在 与 固 定 梁 一 个 水 平 面 的 位 置 , 它 的 功 能 和 踏 步 方 式 差 不 多 , 因 为 活 动 梁 和 固 定 梁 都 托 着 荒 管 , 支 撑 点 多 , 因 而 可 避 免 荒 管 变 形 。 它 也是在轧机或者其它意外造成不能及时出钢时采用的一种工作方式。 2 步进机构动作过程要求 ? 活 动 梁 动 作 是 整 个 传 输 过 程 的 关 键 , 也 是 较 为 复 杂 的 。 轧 钢 工 艺 要 求 对 荒 管 “轻拿轻放” , 因此, 活动梁在工作时, 不但要做矩形行程运动, 而且在各行程阶 段 还 有 加 减 速 的 要 求 , 以 避 免 在 活 动 梁 托 起 和 放 下 荒 管 时 损 坏 其 表 面 , 影 响 荒 管 [25] 的 轧 制 质 量 。 活 动 梁的 动 力 由 液 压 系 统 提 供, 控 制 液 压 油 的 流 量 和 压 力 就 可 以 控 制 活 动 梁 的 运 动 轨 迹 与 速 度 , 这 里 只 介 绍 活 动 梁 周 期 运 动 过 程 的 要 求 , 如 何 控 制液压系统在 2.5.5 节详细描述。活动梁运动曲线如图 2.3 所示: 1 )初始状态 步进式加热炉的活动梁初始位置处在位置 1, 在此位置上, 活动梁上表面比固 定梁上表面低,图中虚线的位置就是固定梁的上表面。 2 )上升过程 开始工作时,活动梁上升,向位置 2 运动,在O 位置托起钢管。在这个运动 0 中,对活动梁的运动速度有要求:刚离开位置 1 的一段时间内, 活动梁加速到某 一速度, 然后保持这个速度, 直到活动梁接近 位置 2, 便以一定的减速度 运动, 使 活动梁正好停在位置 2;过程的行程为 200mm 。 11重庆大 学硕 士学 位论 文 2 步进式加热炉电气 控制系统分析与设 计 水 平 行 程270 单 位:mm 3 2 3.5s 步 进 周 期19s O O 0 1 3.5s 4 1 图 2.3 活动梁位置速度曲 线 Fig2.3 curve of walk bean’ s position and velocity 3 )前进过程 与上升过程一样,启动时要求加速,停止时要求减速。当步进梁从 2 位置前 进 270mm 后, 到达 3 位置, 完成前进过程。 在这个过程中还要产生一个 可以装钢 信号,通知装料系统工作。 4 )下降过程 下降过程对速度要求同 1) ,在这个过程中,活动梁从 3 位置向 4 位置运动, 在 O 位 置把 荒管 放到 固定梁 上 ,荒 管向 出炉 端前进 一 步, 而最 前面 一根荒 管 被 放 1 到 出 炉 辊 道 上 。 另 外 , 在 开 始 下 降 时 , 将 产 生 一 个 可 以 出 钢 信 号 , 通 知 出 炉 系 统 准备出钢。 5 )后退过程 这个过程就是归位过程,它从 4 位置回到 1 位置,速度要求与 3