消失模白区锅炉控制系统设计及在GCr15SiMn轴承钢生产的应用

郭 娟（安阳职业技术学院，河南安阳455000）

消失模白区锅炉控制系统设计及在GCr15SiMn轴承钢生产的应用

郭 娟
（安阳职业技术学院，河南安阳455000）

摘要：根据工厂的实际水平情况实现生产设备与生产流程的优化匹配，在符合实际生产要求的情况下最大限度地降低生产成本。针对蒸汽锅炉过热汽温和压力对象较差的动态特性，基于PLC和触摸屏技术的GCr15SiMn轴承钢铸造温度与工艺控制系统，显著细化了GCr15SiMn轴承钢铸造后的显微组织，改善了GCr15SiMn轴承钢铸造后的力学性能和耐磨损性能，具有较好的工业应用价值。

关键字：消失模白区；控制系统；GCr15SiMn轴承钢；耐磨损性能

D01：10.19329/j.cnki.1673-2928.2016.04.006

随着现代化铸造行业的飞速发展与改革，对锅炉运行的安全性和经济性提出越来越高的要求，但因为蒸汽锅炉过热汽温和压力对象较差的动态特性，具有大延迟和滞后等特征，导致在锅炉变负荷调峰运行时，加大了蒸汽锅炉汽温和压力控制的难度［1］。

1优化PI控制

以往预测和改善铸造坯料的性能时，采用构建本构方程或进行回归分析时误差较大，推广能力差，其精确度浮动性比较大。

在有“噪声数据”的情况下，式中包括比例与积分项，而忽略了微分项，这样有利于提高蒸汽锅炉系统控制的稳定性。这主要是由于微分项对输入的高频信号有放大作用。在本文设计的控制算法中，控制系统参数辨识与优化PI控制器的设计必须是相互独立的。

图1　蒸汽锅炉温度控制系统结构框图［3］

2温度与压力控制系统设计

要求蒸汽锅炉出口蒸汽温度不管在任何阶跃扰动下具有很好自平衡能力和较高的稳定性，但是由于任何一个控制参数的改变，都有可能直接或间接影响到蒸汽锅炉出口的蒸汽温度，这样就使得蒸汽锅炉温度控制的动态过程十分繁琐［2］，同时又可以合理分配一、二级减温水流量；又因为蒸汽温度随蒸汽流量增加而下降，从而使末级蒸汽锅炉入口蒸汽温度降低，减少了蒸汽流量，使末级蒸汽锅炉出口蒸汽的温度呈现上升的趋势，减少蒸汽流量对蒸汽锅炉出口蒸汽温度影响。这些方法的精度往往取决于模型选择和参数的计算，都存在较大的计算误差，这些工作又必须展开，因此使用新的方法研究金属性能显得尤为紧迫［3］。

图2　蒸汽锅炉压力控制系统结构框图［3］

同时，在蒸汽温度与流量控制与执行系统中加入了喷水降温减压系统，其主要目的是出于安全和辅助的角度，因此该喷水系统设计相对比较明确，即再热汽温和压力设定值与测量值的偏差经PI调节器的控制输出信号作为喷水降温减压阀门开度指令，这样喷水系统的控制器也没有必要设计SMITH预估器以及一些前馈信号。全隔离三相交流调压模块是由全隔离三相交流内部调压模块集三相电相位检测、触发电路、移相电路和三组反并联单向可控硅于一体的模块，通过4～20mA标准电流信号来自动控制和改变可控硅导通角从而实现三相负载电压从0V到电网全电压的无级可调，该系统中的装置采用STY-380D35A及其配套使用的三相同步变压器TB-3，通过上述装置可以实现对系统温度的连续智能控制［4］。在该系统中，由于通用A/D转换模块没有温度数据处理功能，温度传感器采集到的微弱模拟毫伏电信号不能直接送给PLC的A/D转换模块，必须通过外部温度变送器将微弱温度模拟信号进行放大、线性化处理和冷端补偿，将处理后的信号送到A/D转换模块，经转换模块将信号转换为可供PLC处理的规范数字信号。利用工业计算机可以实现全设备的控制，其实现基本是采用PLC连接计算机来监控和控制负载［5］。S7-300PLC是一款性价比较高的CPU，在S7-300PLC中可以将输出的模拟量混合模块即通用A/D转换模块SM332扩展，通过DIP配置单极性或双极性的开关组态，设置A/D转换为12位的不同输入信号。

3控制系统对耐磨损性能的改善

未采用优化PI控制的GCr15SiMn轴承钢铸造试样1和采用优化PI控制系统的GCr15SiMn轴承钢试样2的磨损试验结果，如图3所示。从图3可以看出，与未采用控制系统的试样1相比，采用控制系统的GCr15SiMn轴承钢铸造试样2的磨损体积从72×10-3mm3减小至46×10-3mm3，减小了36%。由此可以看出，GCr15SiMn轴承钢铸造温度与工艺控制系统的采用，显著改善了GCr15SiMn轴承钢的耐磨损性能。这主要是采用GCr15SiMn轴承钢温度与工艺控制系统，GCr15SiMn轴承钢在铸造过程中的温度值更好的保持在设定范围内，避免出现温度过高造成铸造后组织粗大。在基于PLC和触摸屏技术的控制下，GCr15SiMn轴承钢铸造过程的温度与工艺得到更为精准的控制，从而有效改善了GCr15SiMn轴承钢铸造后的耐磨损性能。

综上所述，基于PLC和触摸屏技术的GCr15SiMn轴承钢铸造温度与工艺控制系统，显著细化了GCr15SiMn轴承钢铸造后的显微组织，改善了GCr15SiMn轴承钢铸造后的力学性能和耐磨损性能，具有较好的工业应用价值。

图3　不同工艺下的GCr15SiMn轴承钢磨损试验结果

4结论

我国绿色铸造技术发展战略目标要求大力发展符合清洁生产与低碳经济的铸造技术，以提高生产效率，减小资源和能源消耗。本文根据工厂的实际水平情况实现生产设备与生产流程的优化匹配，基于PLC和触摸屏技术的GCr15SiMn轴承钢铸造温度与工艺控制系统，显著细化了GCr15SiMn轴承钢铸造后的显微组织，改善了GCr15SiMn轴承钢铸造后的力学性能和耐磨损性能，具有较好的工业应用价值。

参考文献：

［1］言穆昀.张庆国.采用S7-200实现燃气锅炉自动控制［J］.自动化与仪器仪表，2015，（187）：20-21.

［2］刘畅.蒸汽锅炉PLC控制系统的设计与实现［D］.包头：内蒙古科技大学.2014.

［3］盛军.李贞.改进型消失模白区蒸汽温度与压力控制系统设计［J］.铸造技术，2015，36（9）：2347-2349.

［4］苟元勋.锅炉控制系统的优化设计与实现［J］.兰州：兰州大学.2011：32-46.

［5］咸孟雄.基于PLC控制的减温减压装置保护系统的研究［J］.科技创新与应用.2015，（35）：44.

（责任编辑：郝安林）

中图分类号：TG249

文献标志码：A

文章编号：1673-2928（2016）04-0014-03

收稿日期：2016-03-01

作者简介：郭娟（1980-），女，安阳职业技术学院讲师，研究方向：材料性能及力学研究。

Design of EPC white Areas Boiler Control System and Production Applications of GCr15SiMn Bearing Steel

GUO Juan
（Anyang Vocational and Technical College，Anyang 455000，China）

Abstract:To achieve optimal matching of production equipment and production processes based on the actual situation of the factory level，in conformity with the requirements of the actual production to minimize production costs.For the dynamic characteristics of steam boiler pressure superheated steam temperature target poor，GCr15SiMn bearing steel casting temperature and process control systems PLC and touch screen technologybased，significantly refined microstructure after casting GCr15SiMn bearing steel，bearing steel casting improved GCr15SiMn after the mechanical properties and wear resistance，and has good industrial application value.

Key words:LFC white area；control system；GCr15SiMn bearing steel；wear resistance