1. 前言
寶鋼分公司2050熱軋2號加熱爐已經(jīng)連續(xù)服役15年,達(dá)到一代爐齡,設(shè)備老化,加之原設(shè)計(jì)不盡合理之處給生產(chǎn)管理帶來了諸多問題,急需進(jìn)行大修綜合改造。
另外,隨著近年來蓄熱式燃燒技術(shù)的進(jìn)步,其所顯現(xiàn)的環(huán)保和節(jié)能優(yōu)勢,帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。因此,決定結(jié)合本次大修在2號加熱爐部分供熱段上蓄熱式燒嘴,以達(dá)到節(jié)能增產(chǎn),減少NOx排放量,實(shí)現(xiàn)清">

      技術(shù)頻道

      ABB DCS系統(tǒng)在寶鋼熱軋加熱爐改造中的應(yīng)用

      1. 前言
      寶鋼分公司2050熱軋2號加熱爐已經(jīng)連續(xù)服役15年,達(dá)到一代爐齡,設(shè)備老化,加之原設(shè)計(jì)不盡合理之處給生產(chǎn)管理帶來了諸多問題,急需進(jìn)行大修綜合改造。
      另外,隨著近年來蓄熱式燃燒技術(shù)的進(jìn)步,其所顯現(xiàn)的環(huán)保和節(jié)能優(yōu)勢,帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。因此,決定結(jié)合本次大修在2號加熱爐部分供熱段上蓄熱式燒嘴,以達(dá)到節(jié)能增產(chǎn),減少NOx排放量,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn),改善操作環(huán)境,使?fàn)t型結(jié)構(gòu)更加合理,也使蓄熱式燃燒技術(shù)在寶鋼大型加熱爐上得到推廣應(yīng)用。
      隨著計(jì)算機(jī)和自動化技術(shù)的不斷發(fā)展,在生產(chǎn)過程中發(fā)揮日益重要的作用,其應(yīng)用程度已成為衡量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。為使蓄熱燒嘴系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、安全、高效的運(yùn)行,并提高的加熱爐整體監(jiān)控和運(yùn)行水平,必須對原有系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。改造中加熱爐集散控制系統(tǒng)(DCS,Distributed Control System)采用了ABB新一代DCS系統(tǒng)AC800M,取得了良好的效果。
      2. 工藝流程概述
      加熱爐生產(chǎn)時,根據(jù)軋制計(jì)劃將板坯運(yùn)送到裝料輸送輥道上,由推鋼機(jī)送入爐內(nèi)進(jìn)行加熱。加熱過程分為8個供熱段,即熱回收段﹑預(yù)熱段﹑一加熱段上﹑一加熱段下﹑二加熱段上﹑二加熱段下﹑均熱段上﹑均熱段下。其中一加熱段下和二加熱段下采用蓄熱燒嘴,其他段采用普通平焰燒嘴。板坯在步進(jìn)粱的作用下,按照優(yōu)化的加熱曲線經(jīng)過各段的加熱過程,最后達(dá)到滿足軋制要求的加熱溫度,再由出鋼機(jī)托起板坯出爐,將板坯托放在出料輥道上,送至軋機(jī)進(jìn)行軋制。
      3. DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能
      本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)整個加熱工藝流程的監(jiān)視與控制。系統(tǒng)根據(jù)上位機(jī)送來的板坯加熱信息,自動調(diào)節(jié)各段的熱分配負(fù)荷,使板坯加熱均勻達(dá)到軋制要求。系統(tǒng)能夠?qū)崟r指示加熱過程中各段溫度變化,各段空氣/煤氣流量變化,并能夠根據(jù)需要手動調(diào)節(jié)閥門開度﹑設(shè)置空燃比﹑關(guān)閉/打開燒嘴﹑加熱方式切換等,還可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警﹑曲線分析﹑班報(bào)表等功能。
      4. 硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
      硬件配置:ABB AC800M 控制器PM861 2個(冗余)
      Profibus通訊模塊CI851 1塊
      MoudleBus通訊模塊CI830 1塊
      模擬量輸入模塊AI810 5塊
      模擬量輸出模塊AO810 5塊
      熱電偶輸入模塊AI835 9塊
      熱電阻輸入模塊AI830 10塊
      數(shù)字量輸入模塊DI810 20塊
      數(shù)字量輸出模塊DO820 20塊
      操作站2臺 HP CPU2.4G 256MRAM
      I/O服務(wù)器2臺 HP CPU:P4 3.6G 512MRAM
      工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)3臺 100M TP-LINK
      I/O點(diǎn)數(shù)量440點(diǎn)
      軟件配置:2套 WINDOWS2000Server 英文版
      Intellution iFIX 3.5 授權(quán)2個
      ABB CONTROL BUILDER M Professional 一套
      網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖:

      圖1 加熱爐DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
      從圖中可以看出,系統(tǒng)分為三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),I/O服務(wù)器和HMI間采用標(biāo)準(zhǔn)的分布式客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu),控制器與I/O模塊采用Profibus現(xiàn)場總線。
      第一級為現(xiàn)場設(shè)備級。主要包括加熱爐煤氣/空氣/煙氣管道的各種調(diào)節(jié)閥﹑切斷閥﹑差壓變送器等,以及加熱爐8個供熱段的熱電偶,水粱冷卻水的流量開關(guān)﹑熱電阻,蓄熱燒嘴和常規(guī)燒嘴的點(diǎn)火和檢測裝置等等。與這些現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)的各種檢測或控制信號,以不同形式接至ABB DCS系統(tǒng)的S800系列的各種AI﹑AO﹑DI或DO模塊。這些模塊都帶有通道隔離功能,安全可靠,可由有效的保護(hù)模塊。
      第二級為控制處理級。主要包括ABB AC800M DCS冗余的PM861中央控制器﹑Profibus-DP模塊CI851﹑ModuleBus模塊CI830﹑S800系列I/O模塊和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)等。每個中央控制器有2個RJ45以太網(wǎng)接口,可以連接到兩個不同的網(wǎng)段中,2個RJ45的RS232C接口可以實(shí)現(xiàn)兩個控制器的狀態(tài)監(jiān)視,平時一用一備,一旦一個控制器出現(xiàn)問題,可實(shí)現(xiàn)無擾動切換。
      第三級為監(jiān)控管理級。主要由冗余I/O服務(wù)器﹑工程師站﹑2臺HMI和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成。I/O服務(wù)器實(shí)現(xiàn)控制器與HMI的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸,并接受來自L2級板坯加熱優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)定信息。工程師站負(fù)責(zé)系統(tǒng)組態(tài)及日常維護(hù)。在HMI中采用iFIX軟件進(jìn)行集中監(jiān)視、控制、報(bào)警、趨勢分析、信息管理和報(bào)表打印等功能。
      5.系統(tǒng)特點(diǎn)
      5.1 工程師站和操作站特點(diǎn)
      (1)監(jiān)控軟件采用基于Windows平臺的美國Intellution公司的iFIX軟件。IFIX不僅提供了可視化的窗口,包含作圖工具、ActiveX控件、開發(fā)向?qū)Ш蛯<业墓ぞ呦洹L赜械膭赢嬒驅(qū)А⒅悄軋D符生成向?qū)У葟?qiáng)大的圖形工具方便了系統(tǒng)開發(fā)。而且系統(tǒng)具有良好的開放性,支持以太網(wǎng)、Profibus DP、RS232/422/485等通訊方式,支持TCP/IP、NetDDE、ODBC、OPC等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。
      (2)I/O服務(wù)器相互冗余,在一臺服務(wù)器出現(xiàn)問題而停止工作的情況下,系統(tǒng)仍可以正常的工作,保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠。
      (3)全中文操作界面,有利于工程項(xiàng)目的開發(fā)和調(diào)試。
      5.2 系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)傳遞
      (1)控制器和主要的通信模塊及遠(yuǎn)程站采用Profibus-DP總線,該總線屬于設(shè)備總線,主要應(yīng)用于復(fù)雜現(xiàn)場設(shè)備和分布式I/O,物理結(jié)構(gòu)為RS-485,傳輸速率為9.6kb/s∽12Mb/s。
      (2)控制器和I/O服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳遞采用OPC方式。OPC服務(wù)器端ABB OPC Server在I/O服務(wù)器中運(yùn)行,并通過ABB專用的MMS Server 與控制器實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)交換,可以對現(xiàn)場設(shè)備及其驅(qū)動程序進(jìn)行封裝。OPC服務(wù)器向下對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,向上與OPC客戶應(yīng)用程序通信完成數(shù)據(jù)交換。OPC服務(wù)器屏蔽了現(xiàn)場層的設(shè)備驅(qū)動程序;客戶應(yīng)用程序開發(fā)人員看到的,只是OPC服務(wù)器提供的統(tǒng)一接口,而不必再去關(guān)心現(xiàn)場設(shè)備的驅(qū)動程序。只要客戶應(yīng)用程序符合OPC接口規(guī)范,就可以與OPC服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
      (3)數(shù)據(jù)傳遞見下圖

      圖2 數(shù)據(jù)傳遞流程圖
      5.3 控制器及I/O模塊特點(diǎn)
      (1)控制器的時鐘頻率為48MHz,運(yùn)算速度為0.27ms/千條指令,程序存儲空間16M,24V供電,提供2個以太網(wǎng)口,2個RS232口。兩控制器冗余配置,電源也冗余。
      (2)所有I/O模塊都可帶電插拔,不會給控制器帶來影響。底部硬件鎖保證更換的模塊與原模塊型號相同。當(dāng)模塊通訊中斷時,所有輸入輸出都可以設(shè)定在預(yù)定義的值內(nèi)或保持不變。
      5.4 系統(tǒng)組態(tài)
      (1)高效的組態(tài)工具 Compact Control Builder ,符合IEC1131標(biāo)準(zhǔn),提供了六種編程方式:指令表、結(jié)構(gòu)文檔、功能塊圖、順序圖、梯型圖和Control Module。后一種為ABB獨(dú)創(chuàng),具有更高的工程效率和易用性。
      (2)可離線進(jìn)行仿真測試,無需目標(biāo)控制器;如需進(jìn)行軟件綜合測試,可將程序下載至軟控制器,進(jìn)行測試。
      (3)強(qiáng)大的在線幫助系統(tǒng),提供隨時的幫助信息,提高了開發(fā)效率,降低了開發(fā)難度。
      6. 典型調(diào)節(jié)回路
      6.1 爐溫雙交叉限幅控制
      在加熱爐燃燒控制方案上采用了廣泛使用的串級交叉限幅控制方案,能夠較好的達(dá)到控制空燃比,降低NOX,以及節(jié)能的目的。
      它時以以出爐溫度為一個主控回路,煤氣流量和空氣流量為兩個副控回路,實(shí)現(xiàn)煤氣穩(wěn)定而有效的燃燒。
      以爐溫調(diào)節(jié)器的輸出信號決定空氣流量和煤氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值,同時,在煤氣控制回路和空氣控制回路都設(shè)有低選和高選的比較選擇器。比較的參考信號是由實(shí)測的煤氣流量和空氣流量換算成對應(yīng)對方的允許流量,與溫度調(diào)節(jié)器輸出的要求流量進(jìn)行比較后組成雙交叉限幅選擇性控制。交叉限幅控制可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性,此系統(tǒng)不但在穩(wěn)定時能保持適當(dāng)?shù)目諝?燃料比,在動態(tài)時也能在一定范圍內(nèi)維持系統(tǒng)的空氣-燃料比。

      6.2 爐壓調(diào)節(jié)
      當(dāng)對燒嘴的燃燒方式進(jìn)行切換時或爐門開啟時,容易引起爐壓波動,引起冷風(fēng)倒灌或火焰從爐內(nèi)噴出。爐壓調(diào)節(jié)器根據(jù)安裝在均熱段壁上的變送器測量的壓力變化采用PID方式去控制煙道上擋板閥的開度,以保證爐內(nèi)維護(hù)微正壓。
      當(dāng)裝料爐門或出料爐門開啟時會對爐內(nèi)壓力形成擾動,這種干擾采用常規(guī)的控制方法不能消除,需在爐門開啟期間進(jìn)行爐壓自學(xué)習(xí)控制。
      7. 結(jié)束語
      加熱爐DCS自2005初改造完成后,不僅性能穩(wěn)定,界面友好,操作簡單,維護(hù)工作量小,而且產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益,。ABB的AC800M系統(tǒng)配置靈活,功能強(qiáng)大,易學(xué)易用,性價(jià)比高,既具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)先進(jìn)性,又代表當(dāng)今DCS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,是企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造和生產(chǎn)企業(yè)過程實(shí)現(xiàn)首選的自控系統(tǒng)。

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