冶金自動化控制系統(tǒng)
一、概述
加熱爐一級順序控制系統(tǒng)的控制范圍為從裝料爐門到出料爐門的整個加熱爐系統(tǒng)的電氣控制設(shè)備，包括電氣傳動裝置，低壓供配電設(shè)備，基礎(chǔ)自動化硬件設(shè)備及配套軟件，操作設(shè)備，檢測器等。
二、一級自動化控制系統(tǒng)硬件配置
加熱爐本體電氣控制設(shè)置一套PLC系統(tǒng)，主要控制裝料爐門、出料爐門、步進(jìn)梁、液壓站、裝出鋼機(jī)、裝出爐輥道等設(shè)備。采用S7－400控制系統(tǒng)。
a) 操作員工作站
在板坯上料操作室設(shè)置一套操作員工作站用于板坯原始數(shù)據(jù)輸入和板坯號核對。在出爐操作室設(shè)置一套操作員工作站，用于操作員對設(shè)備的監(jiān)視和操作。操作員工作站選用西門子WinCC系統(tǒng)。
b) 通訊
整個系統(tǒng)設(shè)置兩層通訊總線：以太網(wǎng)SINEC H1和現(xiàn)場總線PROFIBUS；
WinCC和PLC之間,電氣PLC、儀表PLC之間采用以太網(wǎng)SINEC H1通訊；
PLC和遠(yuǎn)程I/O裝置通過現(xiàn)場總線PROFIBUS進(jìn)行通訊；
同時(shí)考慮與軋線以太網(wǎng)通信連接。
2）基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)主要電氣應(yīng)用功能
a）設(shè)備動作過程概述
已經(jīng)完成了稱重、測長、測寬、身份校核的板坯進(jìn)入加熱爐區(qū)輥道后，板坯沿爐寬方向定位；在滿足裝鋼條件時(shí)，裝料爐門開啟，完成板坯的推正后，推鋼機(jī)按照計(jì)算好的行程將板坯裝入爐內(nèi)固定梁的預(yù)定位置上。
隨著步進(jìn)梁的動作，板坯依次通過爐子的預(yù)熱段、一加熱段、二加熱段、均熱段，并被充分地加熱到預(yù)期的出爐溫度，隨時(shí)等待出鋼。
當(dāng)有出鋼請求時(shí)，出料爐門開啟，出鋼機(jī)根據(jù)計(jì)算好的行程，伸入爐內(nèi)預(yù)定位置，將已加熱好的板坯托起，抽出放在出爐輥道的中心線上，同時(shí)出鋼機(jī)返回到原始位等待下一次動作。
在上述裝、出鋼過程中，所有電控設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、電氣故障、設(shè)備故障均通過電控系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)控，并對按重故障、輕故障報(bào)警分類，并以聲、光報(bào)警方式提示，打印記錄報(bào)警類型。
b）加熱爐一級順控主要控制功能
——加熱爐主要控制功能：
·爐區(qū)與入爐輥道的聯(lián)絡(luò)。
·爐區(qū)與裝出鋼機(jī)的聯(lián)絡(luò)。
·裝出料爐門的控制。
·步進(jìn)梁的行程設(shè)定和控制。
·步進(jìn)梁正循環(huán)、逆循環(huán)、踏步和中間保持控制。
·板坯在出料位置的檢測和控制。
·板坯在爐區(qū)的一級跟蹤。
·液壓站和潤滑站的控制。
·爐區(qū)與軋線的聯(lián)鎖。
·爐區(qū)各設(shè)備間的聯(lián)鎖
·步進(jìn)梁水封槽水位檢測。
——工作站（HMI）的功能
·運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備
·參數(shù)設(shè)定及操作
·運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控
·故障監(jiān)視及報(bào)警
·設(shè)備模擬運(yùn)行
·事件記錄、存儲
·報(bào)表打印
·爐區(qū)一級順序控制系統(tǒng)與其它相關(guān)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊
3）操作方式
操作方式設(shè)有自動方式、半自動方式、手動方式三種。
·自動方式：根據(jù)各機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況，自動地完成各工作順序、設(shè)備之間運(yùn)行聯(lián)鎖等。全部控制通過計(jì)算機(jī)設(shè)定，由基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)完成。
·半自動方式：部分單體設(shè)備自動地完成其自身的工作順序，設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系，運(yùn)行的啟動指令由人工給定，其控制通過基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)完成。
·手動方式：操作員通過操作臺、箱對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行的單項(xiàng)操作。主要用在機(jī)械維修或故障時(shí)的緊急操作。
三、電氣工程
（1）電氣室的設(shè)置
在加熱爐區(qū)集中設(shè)置一個電氣室，用于安裝低壓配電柜、低壓傳動設(shè)備、基礎(chǔ)自動化設(shè)備、照明設(shè)備、UPS等。
（2）操作室的設(shè)置
在加熱爐出口設(shè)置一個加熱爐操作室。用于安放一級控制的操作員站、工業(yè)電視監(jiān)視器或硬操作臺。
（3）電氣照明
照明電源采用380/220V三相五線制。
主廠房照明及爐區(qū)小房照明、地下室照明、電纜隧道照明不包含在本投標(biāo)范圍，本投標(biāo)包含的照明范圍為加熱爐本體照明，其設(shè)計(jì)考慮防爆。
根據(jù)需要在加熱爐區(qū)各主要出入口設(shè)有導(dǎo)向標(biāo)志燈及應(yīng)急燈。
（4）電纜工程
所有電纜均采用銅芯電纜，在必要區(qū)域考慮使用耐高溫電纜，電纜考慮備用線。
電纜敷設(shè)采用以電纜隧道為主的敷設(shè)方式，在電氣室的地下室、電纜隧道、電纜溝和其它構(gòu)筑物內(nèi)主要采用電纜橋架或支架敷設(shè)，從電纜隧道和電纜溝至設(shè)備的電纜采用穿管敷設(shè)。根據(jù)中國有關(guān)規(guī)程規(guī)范，電纜在不同場所的敷設(shè)采取必要的耐火阻燃與防火措施。
（5）防雷接地
基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的接地要與其他接地分開設(shè)置。
四、燃燒控制系統(tǒng)
加熱爐共分3個供熱段控制。采用PLC控制系統(tǒng)與一次檢測儀表結(jié)合，對加熱爐的爐壓、爐溫、等項(xiàng)目進(jìn)行控制。由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作站監(jiān)視全部生產(chǎn)過程，保證加熱爐節(jié)能、高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
1）主要控制功能描述
² 溫度、流量、壓力信號采集；
² 助燃風(fēng)機(jī)的控制。
² 爐膛壓力控制。
² 空氣流量的測量、記錄。
² 冷卻水總管流量測量、壓力測量、低壓報(bào)警。
² 冷卻水出水溫度的測量和超溫報(bào)警。
² 汽化冷卻-汽包水位調(diào)節(jié)
² 汽化冷卻-汽包蒸汽壓力調(diào)節(jié)
² 一級燃燒控制系統(tǒng)與其它相關(guān)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。
² 畫面顯示、操作和安全報(bào)警系統(tǒng)。
² 啟爐順序。
² 事件、報(bào)警表的存儲、記錄和打印。
² 重要參數(shù)歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲和記錄。
五、儀表主控制系統(tǒng)設(shè)備描述
儀表自動化控制系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)與電氣傳動PLC共同構(gòu)成基礎(chǔ)自動化控制級（L1），L1級能獨(dú)立完成加熱爐的各項(xiàng)操作和監(jiān)控，如燃燒控制等控制。
（1）操作站畫面設(shè)置
開爐允許畫面
系統(tǒng)總貌畫面
報(bào)警總貌畫面
參數(shù)設(shè)定畫面
分段顯示畫面
控制回路畫面
實(shí)時(shí)趨勢畫面
歷史記錄畫面
水冷系統(tǒng)畫面
（2）畫面內(nèi)容概述
——開爐允許畫面
以表格內(nèi)填充動態(tài)文本的形式顯示與開爐有關(guān)的各種設(shè)備和介質(zhì)的工況。當(dāng)條件滿足后，相應(yīng)部分變?yōu)榫G色。當(dāng)全部條件滿足時(shí)，顯示“開爐允許OK”。
——系統(tǒng)總貌畫面
以模擬圖的形式顯示加熱爐熱工系統(tǒng)的主要參數(shù)，如設(shè)定值、過程變量、閥門開度（用控制輸出信號模擬）。
——報(bào)警總貌畫面
以表格的形式按報(bào)警發(fā)生的時(shí)間順序顯示和記錄報(bào)警的內(nèi)容、報(bào)警等級、發(fā)生時(shí)間、消失時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間。
——參數(shù)設(shè)定畫面
本畫面用于爐溫設(shè)定。以表格的方式將：
對應(yīng)于加熱曲線的終了爐溫設(shè)定值；
對應(yīng)于不同鋼種（或不同坯料規(guī)格）的多組爐溫設(shè)定值；
相應(yīng)的過程變量，以“組”的形式顯示在CRT上。用光標(biāo)按“組”選擇，一旦某組設(shè)定值被選中，則該組數(shù)值作為當(dāng)前的爐溫設(shè)定值。
——分段顯示畫面
分段畫面包括本分段熱工控制流程的所有內(nèi)容，用模擬圖、棒圖、和動態(tài)數(shù)字的形式顯示各個工藝參數(shù)的數(shù)值、報(bào)警狀態(tài)。
——控制回路畫面
以棒圖和數(shù)字的形式顯示和改變各個控制回路的參數(shù)和狀態(tài)，如：調(diào)節(jié)器的輸入值、模擬設(shè)定值、報(bào)警設(shè)定值、調(diào)節(jié)器輸出，PID參數(shù)，手動自動串級狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、報(bào)警級別……以及相應(yīng)的實(shí)時(shí)趨勢曲線。
——實(shí)時(shí)趨勢
以趨勢圖加棒圖的形式顯示一些主要工藝參數(shù)的變化趨勢曲線。
——歷史趨勢畫面
以趨勢圖的形式顯示和保存一些主要工藝參數(shù)在一定時(shí)間內(nèi)的變化情況。保存時(shí)間可視甲方的要求及硬盤容量確定。
——爐內(nèi)坯料定位畫面
顯示爐內(nèi)布料圖，利于正確布料。
——坯料跟蹤畫面：
顯示每根坯料在爐內(nèi)準(zhǔn)確位置、坯料的終身檔案。利于生產(chǎn)管理。
——步進(jìn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)畫面：
用于過程監(jiān)控。
六、主要應(yīng)用功能
（1）初始數(shù)據(jù)
板坯初始數(shù)據(jù)由連鑄作業(yè)區(qū)或板坯庫輸入，通過數(shù)據(jù)交換進(jìn)入加熱爐過程控制計(jì)算機(jī)。
（2）板坯位置跟蹤
——加熱爐內(nèi)跟蹤
加熱爐內(nèi)板坯位置跟蹤的范圍從板坯裝入加熱爐開始，到板坯出加熱爐結(jié)束。過程控制計(jì)算機(jī)根據(jù)來自基礎(chǔ)自動化的各板坯裝料時(shí)裝入量和步進(jìn)梁每周期的移動量等信號，對加熱爐內(nèi)各板坯在加熱爐的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。
（3）跟蹤修正
——一般跟蹤修正
當(dāng)實(shí)際板坯的位置和計(jì)算機(jī)跟蹤的板坯位置產(chǎn)生偏差時(shí)，操作人員通過此跟蹤修正功能，消除這個偏差。
（4）班管理
班裝爐板坯塊數(shù)
班裝爐板坯重量
班出爐板坯塊數(shù)
班出爐板坯重量
班煤氣消耗量
班生產(chǎn)時(shí)間
按加熱爐統(tǒng)計(jì)停爐次數(shù)和停爐時(shí)間
（5）打印生產(chǎn)報(bào)表
主要報(bào)表種類有：燃燒控制周期記錄、板坯歷史記錄、爐圖、事件記錄、生產(chǎn)班報(bào)表、板坯圖。
a)燃燒控制周期記錄
按周期輸出加熱爐煤氣流量、實(shí)時(shí)爐溫、設(shè)定爐溫、修正爐溫、水印溫度等燃燒控制信息。
b)板坯歷史記錄
記錄每塊板坯的尺寸、裝入時(shí)間、抽出時(shí)間、溫度等。
c)爐圖
(1) 全部爐圖
打印所有加熱爐全部板坯的板坯號。
(2) 個別爐圖
打印一個爐子內(nèi)的所有板坯的板坯號、板坯規(guī)格、制造規(guī)格、爐內(nèi)位置等信息。
(3) 板坯信息
打印一塊板坯的詳細(xì)信息。
d)事件記錄
(1) 跟蹤修正記錄
打印板坯號、修正板坯的源/目標(biāo)區(qū)號、板坯的前進(jìn)/后退/吊銷等信息。
(2) 事件記錄
在發(fā)生強(qiáng)制裝載、強(qiáng)制抽出、返裝爐等各類事件時(shí)的記錄輸出。
(3) 報(bào)警事件記錄
在稱重、裝入、抽出等各類異常發(fā)生時(shí)的記錄輸出。
e)班報(bào)
一個班內(nèi)裝入和抽出的板坯塊數(shù)及重量，各爐的煤氣耗量、熱效率等。
（7）顯示操作畫面
主要顯示畫面有：軋制順序畫面、初始數(shù)據(jù)輸入畫面、加熱爐入口操作畫面、加熱爐出口操作畫面、板坯位置跟蹤畫面、板坯位置跟蹤修改畫面、爐內(nèi)板坯溫度顯示畫面、加熱爐爐內(nèi)畫面、加熱爐狀態(tài)畫面、裝爐板坯數(shù)據(jù)顯示畫面、出爐板坯的數(shù)據(jù)顯示畫面、報(bào)表打印畫面等。其主要內(nèi)容包括
a)軋制順序畫面
顯示加熱爐區(qū)板坯的軋制順序相關(guān)信息。項(xiàng)目包括：板坯號、鋼卷厚度、鋼卷寬度、板坯厚度、板坯寬度、板坯長度、板坯重量、鋼種等。
b)初始數(shù)據(jù)輸入畫面
主要輸入和修改初始數(shù)據(jù)信息包括：
板坯信息：板坯號、板坯厚度、板坯寬度、板坯長度、板坯重量、鋼種、成分等。
軋制信息：軋制計(jì)劃號、批號、鋼卷厚度、鋼卷寬度、鋼卷長度、鋼卷重量、合同編號、貨主代碼、有無采樣、出爐目標(biāo)溫度、目標(biāo)凸度、目標(biāo)平直度以及各目標(biāo)值的裕量、冷卻方式等。
c)加熱爐入口操作畫面
加熱爐入口操作畫面包括如下信息的輸入：
板坯核對
板坯核對異常時(shí)，板坯吊銷
變更裝爐爐號
d)加熱爐出口操作畫面
加熱爐出口操作畫面包括如下信息的輸入：
出爐節(jié)奏方式改變
停止裝爐
停止出爐
節(jié)奏方式
加熱爐爐內(nèi)跟蹤修正
改變出爐順序
強(qiáng)制出鋼
裝爐優(yōu)先/出爐優(yōu)先的方式選擇
e)板坯位置跟蹤畫面
分區(qū)顯示加熱爐爐內(nèi)的板坯跟蹤情況。
f)板坯位置跟蹤修改畫面
用鼠標(biāo)或手動輸入信息通過位移傳感器的反饋信號對跟蹤信息進(jìn)行向前和向后的跟蹤修正。
g)加熱爐狀態(tài)畫面
顯示所有加熱爐的運(yùn)行狀態(tài)。包括均熱段及各加熱段的實(shí)際溫度、等。
h)加熱爐爐內(nèi)畫面
顯示在加熱爐內(nèi)的板坯的有關(guān)信息。爐內(nèi)板坯位置、板坯號、板坯的最小裝爐時(shí)間、板坯已裝爐時(shí)間、板坯爐內(nèi)剩余時(shí)間、板坯裝爐實(shí)際溫度、滑塊上表面溫度等。
i)裝爐板坯數(shù)據(jù)顯示畫面
顯示在裝爐輥道上板坯的有關(guān)信息和最后裝入爐的三塊板坯。包括軋制順序號、板坯號、計(jì)劃裝爐爐號，爐列，板坯長度、寬度、厚度、板坯實(shí)測長度，重量，裝爐時(shí)間，板坯實(shí)際寬度等數(shù)據(jù)。
j)出爐板坯的數(shù)據(jù)顯示畫面
顯示準(zhǔn)備出爐板坯的有關(guān)信息和剛出爐板坯的有關(guān)信息。內(nèi)容包括：板坯號、板坯長度、板坯寬度、板坯厚度、板坯的爐內(nèi)位置、板坯出爐時(shí)間(理論值)。
k)加熱爐休止畫面
輸入預(yù)定休止的板坯號能夠事先預(yù)測到的休止稱為預(yù)定休止。(例如工作輥換輥等)。預(yù)定休止的板坯號是指從哪個板坯開始休止。操作人員要輸入該板坯的板坯號，輸入預(yù)定休止的時(shí)間。
l)報(bào)表打印畫面
在操作室通過本畫面指定各種記錄報(bào)表(LOG)的打印方式(即每種報(bào)表是否打印)。
（8）與基礎(chǔ)自動化通信
加熱爐過程控制計(jì)算機(jī)將與加熱爐儀表、電氣基礎(chǔ)控制系統(tǒng)通信，傳送設(shè)定值或控制信息。具體內(nèi)容包括：
加熱爐爐號設(shè)定信息
步進(jìn)梁設(shè)定信息
加熱爐爐溫和燃料流量設(shè)定
其他必要的信息
接收過程控制信號及測量值，具體內(nèi)容包括：
板坯長度和重量
加熱爐爐溫
燃料消耗量
跟蹤信息
設(shè)備動作信息
其他可能獲得的信息
（9）過程計(jì)算機(jī)通信
——加熱爐過程控制計(jì)算機(jī)從軋線過程計(jì)算機(jī)接收交換下列信息：
粗軋出口溫度實(shí)際值信息。
板坯“吊銷”信息。
裝爐板坯出鋼節(jié)奏信息。
出鋼開始信息
其他必要的信息
——加熱爐過程控制計(jì)算機(jī)向軋線過程計(jì)算機(jī)傳送下列信息：
裝爐板坯信息。
出爐板坯信息。
停止出爐信息。
裝爐返回信息。
反裝入爐信息。
再加熱板坯信息等。
其他必要的信息
七、工業(yè)電視系統(tǒng)
在加熱爐裝、出鋼側(cè)各安裝內(nèi)窺式爐內(nèi)高溫工業(yè)電視1臺。
主要性能及指標(biāo)：
——電器性能指標(biāo)：
掃描方式：PAL制625行50場 2∶1隔行
視頻輸出：1Vp-p 負(fù)極性 75Ω
信噪比：≥45dB
亮度鑒別等級：≥8級
彩色CCD水平解析力：480線
系統(tǒng)水平清晰度：≥400線
視角：對角 80°水平 69°垂直54°
功耗：120W
——使用環(huán)境條件：
爐內(nèi)溫度：≤2000℃
自動退出裝置：≤90℃
控制系統(tǒng)：≤70℃
壓縮空氣：
入口壓力：0.25～0.7Mpa
流量：0.3M£/min
入口溫度：≤35℃
——自動退出功能：
在出現(xiàn)下列三種情況之一時(shí)，具有自動退出功能：
探頭罩內(nèi)腔溫度超過設(shè)定值（≥47℃）時(shí)
壓縮空氣壓力低于規(guī)定值（≤0.2Mpa）時(shí)
停電時(shí)
——手動控制功能：
在設(shè)備處于正常工作條件下：
當(dāng)自動退出裝置上的手動／自動插銷處于自動檔時(shí)，按控制箱內(nèi)“進(jìn)”按鈕、“退”按鈕能實(shí)現(xiàn)探頭伸進(jìn)、退出功能；通過遙控操作器可以對探頭罩實(shí)現(xiàn)伸進(jìn)、退出的遠(yuǎn)程控制（遙控操作器另配）。
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當(dāng)自動退出裝置上的手動／自動插銷處于手動檔時(shí)，可以用手推、拉探頭罩實(shí)現(xiàn)伸進(jìn)、退出功能。
——自動保護(hù)部分：
本設(shè)備具有低壓、超溫、停電退出功能。該三種保護(hù)功能的動作采集點(diǎn)分別為：置于控制箱內(nèi)的接在精過濾器輸出端的壓力控制器、置于探頭罩內(nèi)層的溫度探頭、置于UPS電源前端的電源繼電器。
低壓退出功能：
設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)參考值為0.2Mpa（爐內(nèi)溫度為1100℃）。
當(dāng)壓力控制器檢測到精密過濾器輸出的壓縮空氣壓力低于0.2Mpa時(shí)，內(nèi)部開關(guān)斷開，該動作信號經(jīng)控制線反饋給電器控制箱內(nèi)的主控電路板，經(jīng)處理后由主控電路板控制探頭罩退出。該動作處理的時(shí)間延時(shí)小于5ms。
超溫退出功能：
設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)參考值為：47℃（爐內(nèi)溫度為1000℃）。
置于探頭罩前端的熱電偶溫度探頭完成對溫度參考量的采樣，由傳感線送至控制箱內(nèi)的溫度顯示儀，經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送至面板顯示。當(dāng)探頭罩內(nèi)前端溫度大于47℃，顯示儀內(nèi)部開關(guān)繼電器斷開，該動作信號經(jīng)控制線反饋給電器控制箱內(nèi)的主控電路板，經(jīng)處理后由主控電路板控制探頭罩退出。該動作處理的時(shí)間延時(shí)小于10ms。
停電退出功能：
設(shè)備的伸進(jìn)及退出由置于儲氣罐尾端的電磁閥控制。電磁閥接電時(shí)，設(shè)備將探頭向前伸，此時(shí)可觀察爐內(nèi)的工作情況；電磁閥掉電時(shí)，設(shè)備將探頭向后退，此時(shí)爐門關(guān)閉，處于停止工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，整個控制電路失去電源，電磁閥處于掉電狀態(tài)，探頭退離爐壁口。該動作處理的時(shí)間延時(shí)小于5ms。
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