基于PLC的钢厂热连轧感应加热炉控制系统实现

彭建军　谢丽君

摘要：随着我国经济和科技的飞速发展，环境问题和能源问题也越来越严峻，在这种背景下，人们提出了节能技术。钢厂是能源消耗比较大的企业之一，人们对钢厂中的节能技术，提出了更高的要求。大功率感应加热炉技术在钢厂的热连札系统中，功率比较大的感应加热炉被广泛的应用，利用西门子生产的PLC，对感应加热炉进行自动控制，以此来实现热连札温度的分布控制要求，达到钢厂节能降耗的目的。

关键词：PLC 钢厂 热连轧 感应加热炉 控制系统

中图分类号：TH868 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0007-01

在钢厂热连轧的生产线中，使用感应加热炉来对钢坯加热，在很大程度上可以提高生产效率，并且还会减少对环境的污染以及节能降耗。因为在以往加热过程中影响加热效果的因素有很多，不能满足实际需求。选择PLC来作为控制器，再加上上位机组的监控软件，就能使加热炉安全、稳定的运行加热，还能对加热过程进行实时的监控。

1 热连轧加热炉控制系统硬件的设计研究

采样输入环节、PLC控制器、输出执行三个部分组成了这个控制系统硬件。对钢坯的温度进行测量后输入，对钢坯移动的速度进行测量后输入，对加热炉的电流和电压以及频率进行测量后输入，还有报警信息的输入等一些输入，构成了系统的采样、输入部分[1]。

对钢坯的温度进行测量时，可以安装上三个测温仪，Tmp1测温仪是提前的测温点，在距离入口比钢坯长度稍微长一些的位置放置。这个测温点是用来对钢坯温度的分布进行扫描的；Tmp2测温仪要在距离入口500毫米左右的位置放置，这个测温点是对钢坯进入加热炉时实际温度进行记录的；Tmp3测温仪要在距离出口500毫米左右的位置放置，这个测温点是对钢坯出加热炉时的温度分布进行记录的。通过对变频器的频率进行测量，来实现对钢坯移动速度的测量，主要是计算轨道滚轴转速，来计算出钢坯的行进速度。通过一些变送器（电流、电压以及频率）来对电流、电压和频率进行测量，通过现场强电的减少，也就减少了对控制信号的影响，使控制系统可以稳定的运行。

一般情况下，控制系统的规模都较为精巧，选择西门子PLCS7-200系列中的CPU226来作为控制器，再加上EM235一个和三个EM231。变量类型和分配主要分为：开关量输人，主控八路保护信号，电源两路状态信号，外围的设备四路保护信号，远程一路急停信号，一路高速的计数器，一共是十六路；开关量的输出，远程继电六路操作信号；模拟量的输入，系统可选择十六路，其中，十二路作为实用，四路作为备用（电压、电流个两路），在这当中，六路0-10伏电压信号，六路4-20毫安电流信号；模拟量的输出，模拟输出一路，把信号传送到主控板上，主要是对PLC的输出电压进行调节。

输出的执行部分：一路模拟调压的输出信号以及六路远程的继电操作信号。继电器闭合过程，就能够使主控和动力电源启动，模拟的输出信号一路，来对输出电压进行控制调节。

2 热连轧加热炉控制系统软件的设计

2.1 热连轧加热炉控制系统中的控制方式

对钢坯入炉前的温度分布进行实际测量，钢坯温度头低尾高，还会受到氧化层的影响，所以，测试温度存在跳变，通过滤波来处理采集后的温度。钢坯在炉内的加热效果和其进人体积有关系。钢坯行进过程分为三个阶段，所以，把加热过程分为：首先，钢坯的头部从进到出过程，炉内从无钢坯到满炉的连续状态，空载逐渐变成满载；然后，炉膛内充满钢坯的过程，整个过程是匀速且连续的，加热炉满；最后，钢坯尾部从进到出，加热炉内从满炉坯到无刚的状态，从满载到空载。

2.2 控制方案

根据机理来建模和实验数据的分析，可得到模型结构如图1所示。

其中Tmp2是钢坯人炉时的温度分布，Tmp3是钢坯出炉时的温度分布，Spd是钢坯的移动速度，Iout是输出电流，Vout是输出电压，VGD是电压的设定值，GI（S）是愉出电流的传递函数，Gc（S）是电压控制器，Gd（S）是驱动特性函数，Go（S）是温度特性函数，Ge（S）是优化电业的设定曲线。

2.3 输出电压控制器的实现

控制系统在实施的过程中，利用神经网络来进行初步分析，可以得到Gd（S）和一个一阶的对象模型比较相似，所以，用PID控制器来作为输出电压控制器。

2.4 实际运行的效果

在控制系统设计以及实验后，经过现场的安装和调试，在无锡华冶工业炉科技有限公司正式运行。经加热炉加热后，钢坯的温度都在1100摄氏度左右。通过实际运行发现，钢坯入炉前温度分布的越均匀，在其进入加热炉后，整体的加热效果就越好。

3 结语

经上述分析得出，在大功率热连轧感应加热炉的控制系统中，选择PLC为其核心控制器，能够对连轧钢坯升温过程进行有效掌控，同时，通过现场的应用可以证明，这种技术的应用，可以使系统节能降耗。

参考文献

[1]陈张平，史兴盛，孔亚广，等.基于PLC的钢厂热连轧感应加热炉控制系统实现[J].化工自动化及仪表，2012，39（11）：1479-1481，1499.