加热炉控制系统要点.doc

目 录

第1章 加热炉控制系统工艺分析 ....................................... 1 1.1 加热炉的工艺流程简述 .......................................... 1 1.2 加热炉控制系统的组成 .......................................... 2 第2章 加热炉控制系统设计 ........................................... 3 2.1 步进梁控制 .................................................... 3 2.2 炉温控制 ...................................................... 4 2.3 紧急停炉保护和连锁 ............................................ 5 第3章 基于REALINFO的加热炉系统监控程序设计 ........................ 7 3.1加热炉的主控界面 .............................................. 7 3.2加热炉的趋势界面 .............................................. 8 3.3加热炉的仪表界面 .............................................. 9 第4章 结论与体会 .................................................. 10 参考文献........................................................... 11

控制系统综合实验 第1章 加热炉控制系统工艺分析

在炼油化工生产中常见的加热炉是管式加热炉。其形式可分为箱式、立式和圆筒炉三大类。对于加热炉，工艺介质受热升温或同时进行汽化，其温度的高低会直接影响后一工序的操作工况和产品质量。

加热炉是传统设备的一种，同样具有热量传递过程。热量通过金属管壁传给工艺介质，因此他们同样符合导热与对流的基本规律。但加热炉属于火力加热设备，首先由燃料的燃烧产生炙热的火焰和高温的气流，主要通过辐射传热将热量传给管壁，然后由管壁传给工艺介质，工艺介质在辐射室获得的热量约占总符合的70%～80%，而在对流段获得的热量约占热负荷的20%～30%。因此加热炉的传热过程比较复杂，想从理论上获得对象特性是很困难的。

当炉子温度过高时，会使物料在加热炉内分解，甚至造成结焦而烧坏炉管。加热炉的平稳操作可以延长炉管使用寿命。因此，加热炉出口温度必须严加控制。

加热炉的对象特征一般基于定性分析和实验测试获得。从定性角度出发，可以看出其传热过程为：炉膛炽热火焰辐射给炉管，经热传导、对流传热给工艺介质。所以与一般传热对象一样，具有较大的时间常数和纯滞后时间。

特别是炉膛，它具有较大的热容量，故滞后更为显著，因此加热炉属于一种多容量的被控对象。根据若干实验测试，并做了一些简化，可以用一介环节加纯滞后来近似，其时间常熟和纯滞后时间与炉膛容量大小及工艺介质停留时间有关。

炉膛容量大，停留时间长，则时间常数和纯滞后时间大，反之亦然。

1.1 加热炉的工艺流程简述

随着工业自动化水平的迅速提高，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展，从而反映出当今自动化技术的发展方向。

现加热炉控制系统主要特点： （1）生产能耗大幅度降低。 （2）产量大幅度提高。

（3）生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大多是单回路仪表和继电逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式的供电装置，现在的加热炉的控制系统都是PLC或DCS系统，而且大多还具有二级过程控制系统和三级生产管理系统。

本系统的工艺流程图如下图：

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控制系统综合实验 吊车上料至上料台架 出炉辊道输送 人工解捆与辅助推平 淬水 钢管滚到可调挡料器前 进炉辊道输送 拨入进炉辊道 进回火炉加热 输送入炉 出炉辊道输送 进淬火炉加热 其他设备 图1-1 加热炉工艺流程框图

1.2 加热炉控制系统的组成

加热炉的控制系统主要包括加热炉的启停、安全连锁保护、负荷调节（所有这些都将涉及到燃料系统和助燃风系统等）和报警管理、与DCS间的通讯等。

加热炉被加热的介质是热媒，因此热媒自然成为热媒循环系统和加热炉系统间的纽带。热媒循环系统的工作必然会送至加热炉控制系统进行监视，但热媒循环系统的工作又有相对的独立性。

加热炉系统一般由以下几个部分组成：炉体、燃烧器、燃料供给、助燃风以及CO2灭火等组成。

炉体是实现热媒加热的主要部件。它包括：炉盘管、炉壳、烟道和热媒进出汇管及管线以及相应的仪表等。燃烧器是加热炉进行燃烧加热的关键设备，其各部件在PLC的控制下有机的结合在一起，相互协调工作，完成燃烧加热工作。与燃烧器配合工作是燃料供给系统。燃料供给系统又分为燃气供给和燃油供给两个部分。当加热炉正常运行中出现热媒出口温度异常高时，系统会认为加热系统存在异常故障（如炉盘管破裂等），此时为防止事故扩大会立即采取紧急停炉，同时CO2灭火控制系统启动，进行应急灭火。

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控制系统综合实验 第2章 加热炉控制系统设计

2.1步进梁控制

步进梁的动作方式有周期方式和踏步方式，周期方式用于运送钢管向前移动，而踏步方式用于等待出钢。

步进梁的周期方式：活动梁上升180mm，前进145mm，下降180mm，后退145mm，钢管前进一个齿距。 其运行轨迹如下：

前进

上升 下降 固定梁面 后退

图2-1 步进梁动作轨迹图

在步进梁接近固定梁面时，放慢步进梁的上升速度，以使步进梁轻接触固定梁上的钢管，同样下降时也是如此。步进梁的控制系统如图2-2。

图2-2步进梁控制原理图

步进梁踏步方式：活动梁上升180mm，后退45mm，下降180mm，前进45mm，钢管在固定梁原齿槽内转动。运行轨迹如下图所示：

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控制系统综合实验 后退

下降 上升 固定梁面 前进

图2-3 步进梁踏步轨迹图

2.2 炉温控制

● 炉子温区划分

淬火炉共8个控温区。加热段沿炉宽分四个区，即加热1、加热2、加热3、加热4、。保温段沿炉宽也分4个区，即保温1、保温2、保温3和保温4。 回火炉共10个控温区。加热段沿炉宽分二个区，加热1为中间段，加热2为左右两段组成。均温段沿炉宽分4个区，即均温1、均温2、均温3、均温4。保温段沿炉宽也分4个区，即保温1、保温2、保温3和保温4。 以上每个区均为独立控温。 ● 各区炉温的设定方式 各区的温度有二种设定方式：

手动设定方式：即在工控机上手动改变各区温度设定值对炉温进行设定。 程序设定方式：对于不同规格及材质的钢管，按工艺要求对应不同的设定温度，操作者可予先将不同规格和材质的钢管的炉温设定值以数据库形式保存在PLC内，并在工控机CRT的钢管选择界面上，可按需要，通过“一触式”软按键对各区炉温进行批量设定。 ● 各区温度的调节方式

采用PID调节方式，其过程是由热电偶检测来的实际炉温传给FM355 PID模块，并与该区设定值进行比较，由该模块实现PID运算并输出4～20mA信号，并将此信号传输至Krom公司的连续控制或脉冲控制器的输入端，再去控制燃烧系统，实现温度控制。 其体控制过程如下：

对于淬火炉加热1、加热2、加热3、加热4四个温区，是采用德国Krom公司的比例燃烧连续控制系统，温度模块的PID输出4～20mA信号控制系统的空气

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