脉冲燃烧步进式加热炉数字化控制策略

　　0 前言

　　2005年，莱芜钢铁股份有限公司型钢厂新上一条年产100万t大型H型钢的生产线，其加热炉为法国斯坦因公司引进的数字化加热炉，使用低热值高焦混合煤气，煤气热值控制在6 699～10 886 kJ/m3 之间，钢坯经过7个顶部加热区域和7个底部加热区域进行加热。自动控制系统采用Siemens公司的S7-400系统，实现了全自动进、出料，全自动烧钢，全程钢坯跟踪等先进的控制功能。

　　1 控制系统构成

　　加热炉控制系统由两级计算机系统构成，即基础级(1级)和过程级(2级)。

　　基础级控制采用Siemens公司的S7-400/ET200现场总线控制结构，包括顺序控制系统和燃烧控制系统两部分。顺控系统的S7-400主站通过Profibus-DP带4个ET200M分布式I/O，完成炉体机械设备如装出钢机、步进梁等设备的顺序控制;燃烧系统的S7-400站通过Profibus-DP带6个ET200M分布式I/O，完成煤气压力、空气压力、炉压、炉温、助燃风温度等重要参数的控制及数据采集。

　　控制系统的PLC编程软件采用Step7和CFC图形化编程软件;上位机监控软件采用Wonder-ware InTouch。操作系统为Windows 2000，具有完善的工艺画面制作功能，拥有大容量实时数据库，以及报表打印和报警等功能，实现重要工艺参数归档，储存历史趋势记录和报表，以供生产人员分析参考。

　　系统主PLC之问、PLC与上位机之间采用工业以太网通信，主PLC的CPU模板采用S7-416/2DP，主机框架上配置电源、CPU模板、工业以太网通信模板CP443-1和Profibus-DP通信模板CP443—5。

　　主PLC与现场设备间采用Profibus—DP网通信，在操作台与现场就地设置ET200站，所有的按钮、指示灯、光电开关、电磁阀等输入输出信号就近接入相应的ET200站。ET200站通过Profibus-DP实现与主PLC的通信功能。

　　变频器、编码器等支持Profibus-DP协议的设备均直接连接在Profibus-DP网络上，实现与主控制器S7-400的通信。

　　系统过程级采用服务器/客户机结构，服务器通过工业以太网与基础级交换数据，实现坯料入炉记录、钢坯定位跟踪、生产节奏计算、坯料温度跟踪、设定值计算、模糊逻辑控制、待轧策略优化、坯料出炉记录、生产报表打印等功能。主要应用软件采用微软Visual C/C++，监控软件采用WonderwareInTouch。

　　整个自动控制系统配置如图1所示。

　　2 控制策略

　　考虑实现的可能性，并结合现场实际，莱钢大H型钢轧线加热炉的炉温控制采用基于数字化燃烧技术的模糊PID控制系统，控制动作仍然由常规PID实现，当生产情况发生改变时，由模糊控制器做出决策，在线整定PID控制器的Kp 和Ki值，以获得满意的控制效果。生产情况改变包括：(1)刚开始生产或停机后恢复生产，系统进入过渡状态;(2)生产变更，导致不同规格的坯料进入加热炉;(3)炉内坯料重量不同。此外，模糊PID控制器在调试时，可先投运常规PID控制器，再投运模糊控制器，这样对生产所造成的影响较小。