王孝敏

【摘要】 隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進步，過程控制系統(tǒng)在加熱爐過程控制系統(tǒng)中的應用日漸廣泛，本系統(tǒng)解決了人為憑經(jīng)驗控制鋼坯溫度，帶來的加熱質(zhì)量問題，實現(xiàn)了透明加熱爐。

【關(guān)鍵詞】 溫度場模型 加熱爐 開發(fā)與應用

一、背景

對于鋼鐵企業(yè)來說，如何控制好鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱過程中的表面溫度和芯部溫度是非常重要的，直接影響到后續(xù)的加工質(zhì)量，如軋制工序等。加熱質(zhì)量是所有質(zhì)量的源頭，加熱質(zhì)量不好，如加熱未燒透、加熱不均勻、過燒等，不光會帶來能耗的浪費，過多的燒損，更會直接導致后續(xù)軋制時軋制力過大，厚度不穩(wěn)定，軋制泄壓，麻面等等各種問題。因此，對于鋼鐵企業(yè)來說，將溫度場模型融入日常生產(chǎn)管理中是很有必要的。以往生產(chǎn)中，由于各種因素，未采用溫度場指導生產(chǎn)，對鋼坯溫度的監(jiān)控主要是以L1的爐溫值結(jié)合人的現(xiàn)場觀測經(jīng)驗為主，存在不直觀、工作量大、且效率過低的問題。人的經(jīng)驗起著決定性作用，有的班加熱質(zhì)量好，有的班加熱質(zhì)量不理想，總體加熱質(zhì)量不穩(wěn)定。通過溫度場模型的有效引入生產(chǎn)，很好的指導了生產(chǎn)的操作，穩(wěn)定了加熱質(zhì)量，從源頭上把控了生產(chǎn)的整體質(zhì)量。

二、溫度場模型的建立

2.1建立傳熱模型微分方程

導入微元體的總熱流量 + 微元體內(nèi)熱源的生成熱 = 導出微元體的總熱流量 + 微元體熱力學能（即內(nèi)能）的增量

三、溫度場模型的應用

1、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。加熱爐在線過程控制系統(tǒng)采用C/S體系結(jié)構(gòu)，即控制軟件系統(tǒng)分為前臺和后臺兩個子系統(tǒng)，前臺系統(tǒng)為客戶端系統(tǒng)。后臺系統(tǒng)為服務器端系統(tǒng)，由多個進程組成。前后臺系統(tǒng)之間，后臺系統(tǒng)的不同進程之間，通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行信息交互。

2、服務器端系統(tǒng)組成。服務器端系統(tǒng)有5個獨立進程組成，鋼坯加熱流程跟蹤系統(tǒng)（簡稱流程跟蹤系統(tǒng)）、鋼坯溫度狀態(tài)跟蹤系統(tǒng)（簡稱鋼溫跟蹤系統(tǒng)）、加熱爐爐溫優(yōu)化設(shè)定系統(tǒng)（優(yōu)化設(shè)定系統(tǒng)）、與三級系統(tǒng)通信系統(tǒng)（簡稱三級通信系統(tǒng)）、與軋鋼系統(tǒng)通信系統(tǒng)（簡稱軋鋼通信系統(tǒng)）。1）流程跟蹤系統(tǒng)的基本任務。承擔著加熱爐生產(chǎn)過程工藝流程的跟蹤任務，是過程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)承上啟下，收集過程信息，組織鋼坯記錄，發(fā)送生產(chǎn)指令，為其它子系統(tǒng)提供所需的各類過程服務。2）鋼溫跟蹤系統(tǒng)的基本任務。在其它子系統(tǒng)的支持下，“鋼溫跟蹤系統(tǒng)”使用溫度場模型，跟蹤鋼坯溫度狀態(tài)的變化過程。3）優(yōu)化設(shè)定系統(tǒng)的基本任務。在其它子系統(tǒng)的支持下，使用鋼坯速度跟蹤模型和溫度場模型，預判鋼坯燒透時間。同時，通過計算鋼坯預期爐溫的方式，確定當前最佳爐段溫度。4）軋鋼通信系統(tǒng)的基本任務。承擔著整個加熱爐過程控制系統(tǒng)與軋鋼過程控制系統(tǒng)的信息交互任務。該任務由兩部分組成：向軋鋼控制系統(tǒng)發(fā)送鋼坯出爐溫度、從軋鋼控制系統(tǒng)讀取鋼坯開軋溫度。5）三級通信系統(tǒng)的基本任務。承擔著整個系統(tǒng)與三級控制系統(tǒng)（又稱MES）的信息交互任務。該任務由兩部分組成：從MES獲取鋼坯計劃信息、向MES發(fā)送MES需要的鋼坯加熱過程信息。

3、服務器端子系統(tǒng)設(shè)計。在后臺系統(tǒng)中，屬于應用系統(tǒng)范疇的子系統(tǒng)共有5個，分別是：鋼坯加熱流程跟蹤系統(tǒng)、鋼坯溫度狀態(tài)跟蹤系統(tǒng)、軋鋼通信系統(tǒng)、三級通信系統(tǒng)。由于每個子系統(tǒng)相對獨立，彼此之間的信息交互均通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)，因此在設(shè)計上，每個子系統(tǒng)作為獨立系統(tǒng)考慮。

四、實現(xiàn)效果

本系統(tǒng)自上線以來，穩(wěn)定、高效、直觀。提供了很好的人機界面，直觀反映了爐內(nèi)的鋼坯實時狀況。利用加熱模型、速度模型、結(jié)合黑匣子數(shù)據(jù)及加熱代碼信息將鋼坯所在位置的爐溫轉(zhuǎn)換為鋼坯實時溫度，計算目標出爐溫度，指導爐溫設(shè)定，控制加熱節(jié)奏，同時將鋼坯21層出爐溫度發(fā)送給軋機二級，幫助軋機二級優(yōu)化軋機模型。加熱爐過程控制系統(tǒng)的投用，實現(xiàn)了加熱爐的透明，直觀反映了爐況，扭轉(zhuǎn)了由于鋼坯溫度不可預知而造成的鋼坯“燒不透”，“燒不勻”，“燒過頭”的現(xiàn)象，指導了生產(chǎn)，從源頭保證了鋼板的質(zhì)量。