【摘 要】軋鋼加熱爐自動控制在絕大多數(shù)場合被理想化，認為自動就是無人操作；同時也自然就有與之完全對立的另一種觀點，認為軋鋼加熱爐自動根本不好用，只能手動。通過分析控制方法和現(xiàn)場可能出現(xiàn)的情況，總結(jié)了切合實際的自動運行機制，也是在目前現(xiàn)有條件和技術(shù)水平下切實可行的實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制的最好途徑。

【關(guān)鍵詞】加熱爐 自動控制 系統(tǒng)

一、 引言

無論生產(chǎn)什么產(chǎn)品的軋鋼廠，加熱爐都是這條生產(chǎn)線的龍頭。因此加熱爐能否保證安全、正常的運行，能否經(jīng)過標準化作業(yè)，加熱出合格的板坯，對整個軋線能否安全、持續(xù)、順行的進行生產(chǎn)，都有著至關(guān)重要的決定作用，所以加熱爐是一個不可忽視的重要環(huán)節(jié)。由于加熱工沒有嚴格地執(zhí)行各項規(guī)章制度：溫度制度、工藝制度、停軋降溫制度，將導(dǎo)致板坯的加熱質(zhì)量不好，出現(xiàn)板坯的過熱、過燒、脫碳、氧化鐵皮過厚，以及加熱溫度不均引起的上翹下曲等常見的加熱缺陷。輕的來說使燒損增大，軋機軋制困難，保證不了產(chǎn)品質(zhì)量，重的來說鋼材報廢，甚至造成設(shè)備事故，給國家、企業(yè)、集體、個人帶來直接的經(jīng)濟損失。因此，加強軋鋼廠加熱爐自動控制系統(tǒng)就顯得尤為重要。本文就軋鋼加熱爐自動控制進行闡述。

二、 系統(tǒng)硬件配置

整個控制系統(tǒng)由一個工程師站、兩個操作員站、一個S7-400H PLC和ET200M分布式IPO分站組成。工程師站、操作員站采用工控機，配置CP1413通信處理器用于連接到工業(yè)以太網(wǎng)的。S7-400H自動化系統(tǒng)包括一個分割為2個區(qū)的中央機架UR2-H，每個區(qū)為一個子單元，每個子單元均配置有電源模板PS407、414-4H CPU模板。ET200M分布式IPO站使用SM321PSM322數(shù)字輸入P輸出模塊、SM331PSM332模擬輸入P輸出模塊，每個站有兩個接口模板IM 153-2，一個電源模板PS 307，一個接口模板的電源由本站電源模板提供，另一個接口模板的電源由另一分站提供，使得在同一個控制柜中的每個分站中接口模板的電源是冗余的。整個系統(tǒng)還裝備有UPS電源。

三、軟件系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)編程軟件是PCS7軟件包及其可選軟件，軟件系統(tǒng)設(shè)計包括PLC組態(tài)及參數(shù)配置、系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)通信配置、操作員站人機界面系統(tǒng)設(shè)計等幾個部分。整個控制系統(tǒng)完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、輸出控制及報警等功能，操作站實現(xiàn)對過程數(shù)據(jù)的顯示、歷史趨勢的記錄、控制設(shè)備的工作狀態(tài)、報警、顯示以及報表的打印等功能。并分別通過上位機和操作臺實現(xiàn)燃燒和換向的自動、手動功能。

四、系統(tǒng)自動控制

（一） 有條件的自動控制

任何控制系統(tǒng)設(shè)計都是針對某種或某些特定干擾來制定的，自動控制應(yīng)在這些特定干擾發(fā)生時能起到較好的作用，但當(dāng)其他干擾發(fā)生或干擾克服不完全，僅靠PID閉環(huán)反饋起作用時，自動控制就顯得緩慢且無力。

一般，在軋制節(jié)奏平穩(wěn)、鋼坯品種規(guī)格穩(wěn)定時，采用最基本的串級比值控制方法即可滿足控制質(zhì)量要求?？刂苹芈芬环矫姘幢壤€(wěn)定調(diào)節(jié)煤氣和空氣的流量，另一方面對溫度偏差進行細微的調(diào)整。它起到了比手動操作更為精細的調(diào)節(jié)作用。當(dāng)軋制節(jié)奏波動頻繁時，雖可采用生產(chǎn)率前饋的策略來克服，但由于前饋模型不可能十分精確，每次補償都會有些剩余干擾而造成溫度的波動，且從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)一般至少需30～50 min。如果軋制節(jié)奏波動周期小于這一時間，則必將使爐溫對象失去穩(wěn)態(tài)和控制質(zhì)量的下降。

品種多且批量小是對燃燒自動提出的更大挑戰(zhàn)，不同品種的加熱制度使爐溫設(shè)定值相應(yīng)變化。由于缺乏針對品種變化干擾的控制手段，故僅靠溫度閉環(huán)反饋控制調(diào)整會導(dǎo)致溫度響應(yīng)速度較慢。例如，鋼種I要求出鋼溫度960e，相鄰鋼種II要求出鋼溫度1060e，此時爐溫設(shè)定值相差較大，則很難獲得理想的控制質(zhì)量。

（二）不能持之以恒的手動控制

溫度這類典型大滯后對象是智能控制理論應(yīng)用的主要對象。換句話說，諸如模糊控制、專家控制等智能控制方法要優(yōu)于常規(guī)控制方法的控制效果，這一點是肯定的。而另一個不能不承認的事實是：智能控制方法都是以專家經(jīng)驗為基礎(chǔ)建立的知識計算和推理系統(tǒng)，無操作者的手動操作經(jīng)驗，智能控制規(guī)亦無法形成。也就是說，智能控制就像是用計算機來模仿代替一個有經(jīng)驗操作者的操作，而這種操作的效果是最佳的。由此，似乎可得到這樣一個讓所有從事自動化專業(yè)的人士都會感到失望的結(jié)論，即手動操作比自動控制強。其實不然，因為任何操作者都不可能像機器一樣整天不眨眼的工作。一個有責(zé)任心且有經(jīng)驗的操作者可手動保持加熱爐的正常生產(chǎn)和加熱質(zhì)量，但其操作強度較高也很難進行更為頻繁和精細的調(diào)整。如果精力下降，操作頻率降低，則控制質(zhì)量也會降低。手動操作控制質(zhì)量還將受到操作者情緒、習(xí)慣、水平等因素的影響，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，重復(fù)性差，有可能出現(xiàn)較大隨機性。因此，單純的手動操作不應(yīng)該是現(xiàn)代化企業(yè)的控制手段。

（三） 有操作者干預(yù)的加熱爐燃燒系統(tǒng)自動

如果將加熱爐燃燒系統(tǒng)自動理解成是無人操作，那么這個觀點是完全錯誤的。無人值守的自動需要更全面的實時和專家信息支持，目前的技術(shù)水平無法做到。因此，由于經(jīng)驗知識不完整，自動控制在一些特殊情況下則需操作者的手動干預(yù)：

正如前文所述，鑒于一些制約因素的影響會出現(xiàn)自動控制效果差的情況，一些操作者就斷然認為自動不好用，這種認識是不全面的。自動系統(tǒng)在另一些情況下會穩(wěn)定運行，實現(xiàn)手動無法做到的精細調(diào)整。因此，要引導(dǎo)操作者熟悉自動操作，了解自動效果，掌握自動控制什么情況下有效，什么情況下會效果變差，對自動控制做到心中有數(shù)，最終形成大多數(shù)時間堅持自動，必要時少量手動干預(yù)的操作習(xí)慣。

五、結(jié)語

該自動控制系統(tǒng)自投入以來效果顯著， 系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，操作簡單方便，并減輕了工人 的勞動強度；實現(xiàn)了對加熱爐爐溫、蓄熱室溫度的控制，減少了熱能損失；燃料噸鋼消耗由原來的 2.5GJ/t 降至 1.56GJ/t， 每年直接經(jīng)濟效益2850多萬元。

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