退火炉过程控制系统研发与应用

安聪蓉

（山西云时代太钢信息自动化技术有限公司， 山西 太原 030003）

1 退火炉过程控制系统介绍

1.1 控制流程

退火炉过程控制系统主要用于管理和优化退火工艺流程，使退火炉内钢卷的加热、均热和冷却过程的退火工艺趋于完善。在退火准备中建立钢卷垛和计算设定点，在组垛时，把钢卷数据导入到钢卷垛数据中，形成待退火的钢卷垛。根据钢卷垛的钢种，调入预设的退火工艺表。经工艺模型计算后，把优化的退火工艺下发至PLC，开始退火。

1.2 系统架构

退火炉过程控制系统架构：采用C/S 架构，使用OPC 技术与一级系统进行通讯，数据存储采用Oracle 数据库，前台开发用MS Visual Studio.NET。

1.3 系统功能

1.3.1 生产数据采集与管理

生产数据采集与管理功能可显示系统中存储的所有钢卷，通过查询功能可进行钢卷的选择，并提供了输入、编辑、删除钢卷数据的功能。

1.3.2 炉料垛的编辑

系统根据钢种、钢卷的尺寸和退火工艺要求，把对应的钢卷装入炉台，组成钢卷垛。组垛优化功能确保在装炉组垛的过程中，尽可能的把相同钢种的钢卷装在一起退火。如果工艺允许，一些不同的钢种之间也可以混合堆垛。

1.3.3 退火程序设定并下发

系统负责退火工艺的最优化，按照工艺要求对退火曲线优化后，把优化好的退火程序设定值下发至一级。在保温段和冷却段结束前，系统要根据前面的实际退火信息进行重复设定点的计算，修改该节点以后的退火曲线，一级按照修改后的退火曲线进行退火。

1.3.4 日志查询与存档

生成退火报告，显示退火程序日志、状态信息以及与该次退火相关的信息，设定数据库定时自动备份及存档。

1.3.5 趋势分析

系统可根据工艺模型在线调整退火工艺表，将实际数据进行收集和处理，对工艺统计数据进行评估和描述，并完成数据查询、趋势分析等功能。系统提供了可靠的监视和分析工具，基于时间进行趋势显示，数据从数据库表中读取，可对炉台的温度、加热罩的温度、氮气、煤气及氢气流量等各种数据进行趋势分析。如图1 为趋势分析界面。

图1 趋势分析界面图

1.3.6 报警功能

在退火过程中，根据采集的实时数据可以反映炉台的状态和报警信息，系统提供的报警日志显示退火过程中的记录报警，这些报警同时也被记录在退火日志中。

2 退火模型

过程控制系统提供钢卷退火的工艺计算模型，模型按照设定的运算方法，设定冷点、热点、加热时间和冷却时间等工艺参数，给出温度曲线及气氛曲线的区段值，自动完成所需的运算。在线退火模型是建立以温度跟踪为目的的退火炉钢卷退火过程在线数学模型，实现钢卷组垛时退火工艺曲线的计算，操作过程中退火工艺曲线的重新计算。离线退火模型用于计算从钢卷垛开始加热起，垛中钢卷冷点达到退火设定温度所需的时间间隔。如图2 为退火程序界面。

图2 退火程序界面图

钢卷的加热是从外向内逐渐进行热能传递，要确保整个钢卷温度场分布均匀，这需要较长的时间。最终应保证整个钢卷的热点和冷点的温差小于要求的温差，即认为整个钢卷已达到退火温度，可以开始冷却。如果这个时间过短，冷点不能达到设定温度，该区域不能实现退火。如果时间过长，会增加燃气的消耗，造成浪费。因此，通过模型计算准确合理的加热时间，是保证退火工艺质量、降低能耗的关键。

在线退火模型在钢卷退火的退火程序变化点前，需要启动温度场计算，分析钢卷是否已达到预设的温度。如果还未能达到预设的温度，则需要修改该环节的间隔时间，保证钢卷所有部位都能满足退火工艺要求，当钢卷各点都达到退火温度要求后，结束加热保温，完成退火。

3 退火炉过程控制系统的应用

退火炉过程控制系统在太钢热连轧厂得到了很好的推广应用，新增退火炉项目现已完工并投入生产。通过修改原有过程控制系统程序，将新建退火炉整合到现有退火炉的过程控制系统中，实现退火炉过程控制系统的统一管理。主要完成以下工作：新增一台服务器和一台操作站，通讯协议采用TCP/IP；对新增退火炉服务器进行系统软件及应用软件的安装及调试； 新系统与原系统共用一个数据库，在数据表中进行新增炉台相关数据项的修改与扩充；完成一二级通讯接口程序的配置；确保工艺预计算模型满足工艺要求，能够完成炉料垛的编辑与设定值的下送。进行后台程序及界面程序的修改与调试，以满足用户的需求。开发退火炉的二三级接口通讯程序，实现退火炉数据上传MES 系统。

系统应用采用了一些创新方法：通过设置配置文件，使前台应用软件可以访问不同的服务器，可将旧的操作界面运行在新操作站上，实现新旧操作站的融合，减少操作终端，节省设备投入；共用一个数据库，实现了数据的融合共享；工艺预计算模型可自主制定最佳的退火工艺；过程控制系统平台与技术将充分配合未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资，奠定了系统开放性、经济性和可扩展性的基础。

4 结语

退火炉过程控制系统在满足工艺要求的前提下，完善了不同钢种、不同规格的钢卷在不同产量条件下的优化退火模型，可以根据钢种的变化，随时制定对应的退火工艺，有效降低能耗，提高设备的使用率。且系统操作简单便捷，维护方便，应急响应快，可根据操作人员要求进行功能拓展。系统投运后，可减低煤气、氢气等的消耗量，对于企业节约能源，提高生产效率，改善产品质量有着重要意义。