搜索
浅析Level0元器件对镀锌退火炉综合效益的作用邓春蕊李军星（唐钢冷轧薄板厂）摘要：本文通过对3#镀锌退火炉各部分控制功能的简单描述，表明处于控制系统中Level0级的仪表传感器是实现智能控制的基础，强调保证Level0级的仪表传感器的正常工作是实现过程控制优化，提高设备寿命，实现优质高产的最基本保障，对整个退火炉综合效益的提高起着不可或缺的重要作用。关键词：电-气阀门定位器、温控器、串级控制、压力开关1.前言：当今世界上自动化高新技术迅猛发展，使得生产过程自动化随之得到较大发展。而生产过程自动化是保证生产稳产、高质、高产、低耗的必要条件。为此，自动化控制正在改变着各个国家和地区的经济结构，使其生产率不断提高，给企业带来了巨大的经济效益。处于控制系统Level0级的温度、压力、流量、物位、分析等检测控制仪表及各种转换器、执行器等元器件在唐钢冷轧3#镀锌退火炉控制系统中起着至关重要的作用。2.Level0元器件典型应用：3#镀锌退火炉控制系统应用的Level0级元器件种类较多，包括切断阀、控制阀、流量计、变送器、压力开关、流量开关、液位开关、热电偶、热电阻、分析仪表、板温计等。有的仪表在不同控制回路多次用到，现举例如下：切断阀：所有切断阀都装配气动执行器或电磁阀打开或用机械弹性元件关闭，所有切断阀无论是气动或电动的都分为常开/常闭两种类型。控制阀：直径小于50mm的配线性球阀，直径大于50mm的配蝶阀。在PLC程序中，对每个控制蝶阀，有一个预知的功能发生器。该发生器使流量与控制器输出成线性关系。所有阀都配有电-气阀门定位器（电信号4-20mA，气动信号3-15psi）。流量测量：直径大于等于400mm的用孔板节流装置测量，直径界于50-350mm之间的用环型室节流装置测量，直径小于50mm的用涡街或电磁流量计进行测量。差压/绝对压力变送器：采用电子智能型，两线制，信号4-20mA，在控制系统中内部进行与流量有一定函数关系的差压开方。对流量的温度及压力补偿计算也在PLC内部进行。压力/液位开关：所有压力/液位开关有一个接触点和一个设定点，这样每个压力/液位开关仅有一个功能。接触点是为满足安全逻辑要求而动作进而给控制系统发出一个信号。所有压力开关有一个常闭触点，当回路断开时引起安全逻辑介入，工厂切换到安全模式运行。从触点转换一旦发生到系统接收到信号大约需时5s。热电阻：热电阻直接与燃烧系统PLC的模拟信号输入模板相连。热电阻型号是Pt100（在0℃时为100Ω）。热电阻主要用于燃料气体、冷态助燃空气及冷却水的温度测量。热电偶：热电偶直接与燃烧系统PLC的模拟信号输入模板相连。K型热电偶主要用于EE段废燃气温度测量。S型热电偶主要用于辐射管段温度测量。J型热电偶主要用于喷冷风机换热器加热部分HNX气体的温度测量。每个元器件个体价值也许不值得引人注目，但其作为控制系统Level0级的重要成员，其作用不可低估。千里之堤，毁于蚁穴。一个小器件发出错误信号就可能影响设备寿命、节能降耗、产品2质量，参与连锁的一个小元器件及分析系统故障就会威胁到整个车间的安全等等，这决不是危言耸听。3.镀锌退火炉主要控制回路：图一3#镀锌退火炉概况3.1.TT段压缩空气压力检测控制：旨在控制提供给1-9区点火烧嘴助燃空气压力。由一个助燃风机给烧嘴提供助燃空气。空气压力控制是通过安装在风机入口气动执行器实现的。用一台压力变送器测得管道中空气压力，PLC中的压力控制器把测得的信号与设定的信号进行比较，根据比较得到的偏差调节控制阀的开度，程序按保持管道中压力恒定的鼓风机特性曲线执行。与此系统相关的安全连锁和报警元件有：管道上的低-低压力开关，风机控制设备的低位极限开关。3.2.废燃气压力检测控制：废燃气压力检测控制：为提高烧嘴的性能，所有辐射管区的废燃气压力必须保持微负压，在辐射管段所有辐射管的内部达到一个微负压的环境。废燃气压力检测控制阀上游的压力，程序中压力控制器的输出控制控制阀的位置，气动执行器安装在燃气管道上。这一控制回路主要是控制废燃气压力接近计算出的压力设定点。与此系统相关的安全连锁和报警元件有：每区安装K型热电偶测量废燃气温度。3.3.TT段逆流HNX循环预热器部分的废燃气温度检测控制系统：此控制回路的功能是避免逆流HNX循环预热器部分的废燃气温度超过与保证换热器本身安全相关的设定值。废燃气温度是通过K型热电偶测得；当废燃气温度接近极限值时，温度控制器输出打开空气控制阀的信号给气动执行器以进入冷气降温。3.4.TT段排烟器废燃气温度检测控制：此控制回路的功能是避免到达排烟器前的废燃气温度超过与保证排烟器本身安全相关的设定值。废燃气温度是通过K型热电偶测得；当废燃气温度接近极限值时，温度控制器输出打开安装在3稀释空气管道上的控制阀的信号给气动执行器以吸入冷气降温。与此系统相关的安全连锁和报警元件有：安装在控制阀上的测量关位置的极限开关；万一压缩空气故障或掉电时强制打开用的气动蓄能器。3.5.TT段排烟气挡板压力检测控制：此回路是控制排烟风机入口压力。此项压力控制是通过变频器控制排烟风机的速度实现的。废烟气实际压力设定点计算：实际废烟气流量与加热区烧嘴的燃气流量和空气流量呈线性关系。测得排烟器上游燃气管道的废燃气压力。压力控制器输出变频传动回馈给排烟风机马达的速度参考信号实现串级控制。与此系统相关的安全连锁和报警元件有：测量排烟风机轴承温度的Pt100热电阻。3.6.RR再循环风机控制检测系统：两台再循环风机由变频器控制，旨在循环HNX气体加热RR段钢带。为在RR区末端保持正确的钢带温度，两台风机的速度可由操作员手动控制。最大速度是根据在风机入口测得的HNX温度计算而来的。钢带温度是用光学高温计测得的。与此系统相关的安全连锁和报警元件有：每个循环风机有两只测轴承温度的Pt100热电阻。3.7.焦炉煤气管路各种检测控制：此回路旨在控制TOP点后的燃气介质压力并测量提供给主回路介入点的温度，流量和压力。提供燃气的主燃气管路把燃气引到1-9区的烧嘴。主燃气管路上有以下测量设备：进行流量测量的孔板节流装置；测温用的Pt100热电阻；测量压力的压力变送器；用变频传动的调压风机控制燃气压力。与此系统相关的安全连锁和报警元件有：高压压力开关；低-低压力开关；测量切断阀开/关位置的接近开关；通过软件编程控制切断阀（三阀组）动作进行密封测试的相关测控元件及压力开关；进行测量调压风机轴承温度的两只Pt100热电阻。3.8.氮气管路各种检测控制：此回路主要测量氮气的流速及压力。主要管路及各烧嘴吹扫用氮气，仪表用气，炉子用于密封的氮气。与此系统相关的安全连锁和报警元件有：低-低压力开关，用于不同密封支路的切断阀（打开失败时），如；RR段入口1#密封阀，炉鼻子出口2#密封阀。3.9.HNX混合站部分及紧急用氮气管路各种检测控制：HNX混合气管路主要向RR区炉膛和循环风机出口管路、TT&CC段炉膛及喷冷风机出口管路、EE段、HB&炉鼻子段等部分提供保护性气氛。为得到需要的正压力，4路HNX混合气流量控制回路提供压力变送器测压。每个喷冷风机支路有孔板节流装置、流量变送器、流量控制阀。在炉鼻子和热张辊室有就地显示流量计。3.10.冷却水管路各种检测控制：冷却水提供给炉底、炉顶各种设备及喷冷风机等部分。测量元件有测温热电阻（高水温报警）、电磁流量计、流量开关（低流量报警）等。3.11.压缩空气与仪表用气各种检测控制：压缩空气两种不同用途，一是助燃用压缩空气，另一是仪表用气。仪表用气一路用于气动切断阀，气动调节阀，另一路用于各种气缸。与此系统相关的安全连锁和报警元件有：4两路压缩空气主管路和一路仪表用气的每个支路有开关电磁阀、低-低压力开关、2个压力表、每个气缸上配有是否提供气源的切断电磁阀等仪表。3.12.TT加热区各种检测控制：辐射管加热炉子时，炉内温度需按工艺要求严格控制。燃气管路上装有紧急状态用燃气切断阀，每个烧嘴的燃气管路和助燃空气管路上都装有切断阀。每区有温度控制和空气流量控制两个控制回路。每区有两只S型热电偶。每区由操作员或根据在线的光学高温计在温控器上进行温度设定，完成串级控制。每个辐射管烧嘴靠一个自力式控制阀按照实际空气流量进行燃气流量控制。每区有两只K型热电偶测量两个辐射管表面温度。参与控制的过程变量有助燃空气流量，燃气流量，各区温度，TT区末端用光学高温计测得的钢带温度。3.13.TT段1-9区火焰控制系统各种检测控制：每个烧嘴配有独立于主控PLC但通过Profibus线与主控PLC相连的烧嘴火焰控制系统。每个烧嘴配有点火变压器和火焰棒；火焰是用一个独立的电离棒探测器探测。在烧嘴附近配有带电子模块的点火控制柜，每个模块监控一个烧嘴的燃气流量和空气流量切断阀。3.14.电加热器的检测控制：每段有一个由SCR控制盘控制的电加热器，加热器按需要的设定温度加热炉腔。温控回路通过SCR控制盘控制加热功率。每段温度由K型热电偶测量。3.15.喷冷段各种检测控制：马达变频控制回路用于通过改变风机马达的速度调节喷冷风机的冷却功率。温度控制器接收由一个光学高温计测得的钢带表面温度，为使温度保持在设定值，在串级系统中控制VVVF传动供给每个风机马达的功率。温度控制器输出分为四步（25，50，75，100%），每步调节喷冷风机的速度都要从最小到最大，从靠近光学高温计的喷冷风机开始调节。与此系统相关的安全连锁和报警元件有：测量风机轴承温度的2只Pt100热电阻。喷冷风机进出口温度控制回路监测每个HNX加热换热器进出口HNX气体的温度。用J型热电偶测得的温度信号送到安全报警系统。3.16.镀后冷却段各种检测控制：此控制回路旨在用环境空气冷却钢带。风机冷却空气流量控制与前5台冷却风机后用光学高温计测得的钢带温度控制器组成串级控制系统。有的风机是通过VVVF控制控制风量及温度，有的风机是通过气缸调节风门开度进行风量温度控制。与此系统相关的安全连锁和报警元件有：每个风机测量轴承温度的2只Pt100热电阻。3.17.分析系统各种检测控制：成份分析系统旨在控制炉腔内HNX保护气体质量，检查从辐射管区来的废燃气中氧气含量。炉子RR&TT段及CC，EE&SS段各有一套露点、氢气和氧含量分析系统通过Profibus与PLC相连，HNX站有一套带模拟信号输出的露点、氢气和氧含量分析系统。废燃气主管道上有一套氧含量分析系统。4.结语：控制系统中Level0级的仪表传感器是实现智能控制的基础。如果基础不可靠，通过智能控制达到优质高产的愿望就很难实现。真诚感谢对处于控制系统Level0级的仪表传感器给予足够重视，认真维护，按期校验，保证其表达各种信息准确可靠的同志们。更好地发挥自动化控制优势，提高整个退火炉综合效益，其功不可没。