基于蓄热式加热炉PLC控制系统设计Word文档下载推荐.doc

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本文根据蓄热式均热炉的工艺流程和工艺要求，详细阐述了对蓄热式均热炉炉温控制系统的设计过程，结合PLC控制技术实现自动控制且达到良好的控制效果。

关键词：

蓄热炉；

PLC控制；

ProTool监控

RegenerativefurnacePLCcontrolsystemdesign

Abstract

Theenergycrisisdeepening,thereforetheresearchofenergyconservationandbecometheworldattentionthemainissue.Regenerativefurnaceismadeofanewtypeofheatingfurnace,itusethehightemperatureaircombustiontechnology,greatlyimprovingtheheatrecovery,energyconservationandenvironmentalprotection.Heatingfurnaceisthemainmetallurgicalenterpriseenergyequipment,theautomaticcontrolstrategyistheprocesscontrolintheareaofanimportantresearchdirection.NowChina'

smanysteelenterprisesintheheatingfurnaceisnotimplementedautomaticcontrol,thereisalotofmanualoperation,andregenerativefurnacemustadopthigh-frequency,frequentcommutationofthedirectionalcontrolvalvecontrol,manualoperationapparentlyisnotpractical,soforautomaticcontrolrequirementsalsoincrease.Howtoprocessrequirementsandtherealizationofautomaticcontrolandachievegoodcontroleffectalsoisveryimportant.PLCasanewgenerationofindustrialcontroldevice,inelectriccontrolsystemhasbeenusedwidely.Itcannotonlyrealizecomplexlogiccontrol,stillcanperformavarietyoforderandthetimingofthefunction,andhighreliability.Inthispaper,accordingtotheequal-heatingstoveregenerativeprocessandtechnology,thispaperexpoundstherequirementsofregenerativefurnacetemperaturecontrolsystemoftheequal-heatingstove,thedesignprocessofPLCcontroltechnology,combinedwiththerealizationofautomaticcontrolandachievegoodcontroleffect

Keywords：

regenerativefurnace；

PLCcontrol；

ProToolmonitoring

目录

1绪论 1

1.1均热炉简介 1

1.2蓄热式均热炉工艺 2

1.2.1高温空气燃烧技术简介 2

1.2.2蓄热式均热炉工作原理 4

1.3国内外对加热炉控制研究现状 5

1.3.1国外研究现状 5

1.3.2国内研究现状 6

1.4蓄热式均热炉控制的关键问题 8

2可编程控制器的原理及应用 9

2.1PLC的基本构成 9

2.2PLC的工作原理 9

2.3西门子PLC和S7-300简介 10

2.3.1西门子PLC简介 10

2.3.2S7-300简介 11

3控制方案制定 13

3.1压力控制系统方案确立 13

3.2换向控制系统方案确立 14

3.2.1换向系统概述 14

3.2.2换向控制功能 15

3.2.3换向装置空转状态 15

3.3本章小结 16

4蓄热式均热炉控制系统软硬件配置 17

4.1控制系统硬件配置 17

4.2人机界面监控系统 18

4.2.1监控软件ProTool简介 18

4.2.2监控系统的基本功能 19

4.3下位PLC系统 21

4.4本章小结 22

5PLC控制系统 23

5.1PLC的编程语言 23

5.1.1PLC的编程方法 23

5.2人机界面监控系统 24

5.2.1炉膛温度控制运行结果及分析 24

结论 26

致谢 27

参考文献 28

附录 29

1绪论

随着世界人口的不断增长以及国民经济的迅速发展，能源危机日益加深。

在1973年发生一次石油危机以后，开发新能源和节能的研究便成为世界各国关注的主要课题。

冶金工业是耗能大户，其中钢坯加热炉就占钢铁工业总能耗的25%。

因此，提高加热炉热效率、降低能耗，对整个钢铁工业节能有重要意义，在国内外都得到了广泛的重视。

现代的轧机正向连续、大型、高速、高精度和多品种方向发展，对钢坯加热质量的要求也越来越高，从而也对加热过程的控制提出了更高的要求。

自70年代中期以来，各先进工业国开始对各种燃烧设备的自动控制进行了广泛深入的研究。

加热炉是轧钢生产能源消耗的主要设备，在保证轧钢产品质量的同时，如何降低加热炉的燃料消耗和减少环境污染，是钢铁企业研究的重要课题之一。

加热炉燃烧过程控制技术在国内外都得到了广泛的重视。

蓄热式加热炉采用20世纪80年代新兴的节能环保燃烧技术——高温空气燃烧技术，是加热炉发展的趋势。

目前加热炉燃烧过程普遍存在的能耗高、温度控制精度差、自动化程度低等问题。

本论文以蓄热式均热炉为例，对蓄热式均热炉按照温度设定曲线烘烤控制、炉膛压力控制、换向过程控制等方面进行深入研究，实现了所有燃烧过程的全自动化控制。

1.1均热炉简介

初轧是钢铁工业的一个重要环节。

炼钢浇注的钢锭大部分经初轧、开坯后才能轧制成材，而钢锭必须经过均热炉按照特定的工艺曲线加热后才能送往初轧机进行轧制，它在间歇性的炼钢生产变为连续性初轧生产之间起缓冲、平衡作用。

均热炉是初轧厂中钢锭加热用的设备，它将冷、热钢锭加热到轧制要求的温度，并使其温度均匀。

均热炉操作直接影响到钢坯的产量、质量和成本。

为了充分发挥初轧机的生产能力，有必要增强对均热炉的控制。

均热炉在保证安全运行及完成加热钢坯任务的同时，还要考虑高效及经济地燃烧。

当均热炉控制系统的负荷及煤气的质量等因素发生波动时，采用何种合理有效的控制手段，仍然能使加热炉内的炉膛温度、炉膛压力、排烟温度等参数稳定在控制范围之内，并且能够使加热炉工作在最佳燃烧区内。

1.2蓄热式均热炉工艺

众所周知，用蓄热室来预热空气和燃料是一项较早的技术，但由于其换向阀结构复杂、体积庞大、控制系统不可靠、换向时间长、效率比较低，因此没有得到重视。

20世纪70年代的能源危机后，节能工作开始得到各个国家的重视，加之科学技术的不断进步，出现了结构简单、控制方便、可靠性强的换向系统。

蓄热式均热炉采用现代燃烧技术，即高温空气燃烧技术，具有节能、环保、降耗、提高钢坯质量等优点，是均热炉发展的趋势。

1.2.1高温空气燃烧技术简介

高温空气燃烧技术（HighTemperatureAirCombustion，简称HTAC）是20世纪90年代以来发达国家开始普遍推广应用的一种全新燃烧技术。

它是将高温空气喷入炉膛，维持低氧状态，同时将燃料输送到气流中产生燃烧。

空气温度预热到800℃～1000℃以上，燃烧区空气含氧量在2%～4%，与传统燃烧过程相比，高温空气燃烧的最大特点是节省燃料，减少CO2和NOx的排放，降低燃烧噪音，被誉为21世纪关键技术之一。

这项技术所产生的节能和环保的效果是划时代的，被国际权威专家誉为今后五十年内没有超越它的节能环保技术。

工业炉窑是热加工生产的主要设备之一，也是能源消耗大户。

多年来，工程技术人员一直在炉体结构、燃烧器、回收烟气余热、优化加热工艺、控制技术和管理及采用新型保温材料等方面寻求各种节能措施，以提高炉子的热效率。

从炉窑热平衡分析可以得知：

高温烟气带走的热量占各种燃料炉供给总热量的30%～50%。

1858年，WilliamSiemens发明了蓄热室。

由于蓄热室可以将空气预热至较高温度，所以许多炉子都改用了蓄热室，如高炉、平炉和均热炉等。

蓄热室的发展经历了“传统蓄热室-填充球蓄热室-蜂窝体蓄热室”的过程。

到目前为止，根据蓄热体的形状划分，蓄热室主要有三种形式，如图1.1所示。

（1）格子砖蓄热室

格子砖蓄热室（图1.1a）虽然能将气体预热到很高的温度，并且余热回收率甚至可达到60%～80，但由于采用的格子砖蓄热体的单位体积换热面积比较小，同时需要的换向时间也很长。

除此之外被预热气体的温度波动较大，建造这样的蓄热室需要的费用也较大，因此这种蓄热室一般只用于大型的高炉上，对较小的设备显然是很不经济的。

由于上述诸多原因，该种蓄热室技术没有得到大面积的推广应用。

（a）格子砖蓄热室（b）陶瓷球蓄热室（c）蜂窝体蓄热室

图1.1三种蓄热形式

（2）陶瓷球蓄热室

1982年英国的BritishGas公司和HotWork公司开发出了世界上第一套蓄热式陶瓷燃烧器（RegenerativeCeramicBurner，简称RCB），并将其成功地用于玻璃窑炉上，取得了显著的节能、增产效果。

随后，美国的北美制造公司（NorthAmericanManufacturingCompany）购买了