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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）基于PLC与DCS的步进式加热炉控制系统摘 要步进式加热炉是轧钢生产线上的关键设备之一，与轧制机组构成了轧制生产线的主体生产环节。为了提高步进式加热炉产品的质量，本文研究主要是从工业控制的角度出发，对步进式加热炉加热的过程控制系统作了研究和探讨。本文通过了解整个步进式加热炉的生产工艺及影响因素，确定了燃料燃烧控制系统、温度控制系统和炉膛压力控制系统的控制方案，并对其控制规律及参数进行选择。下位机采用PLC进行软件编程，上位机采用DCS软件进行画面监控显示，实现了加热炉温度和炉膛压力的自动控制功能。最终可达到加热炉安全、经济、高效的运行。 关键词：步进式加
2、热炉；自动控制系统；PID控制；PLC；DCSThe Step-type Of The Heating Furnace Control SystemBased On PLC And DCSAbstractStep-type of the heating furnace is one of the key equipment in the production line of rolling steel, it constitutes the main production processes of the rolling production line with the rolling uni
3、t. In order to improve the quality of products in the step-type of the heating furnace, in this paper, the research is mainly from the perspective of industrial control, it designs and explores the control system of the heating process about step-type of the heating furnace.This article designs the
4、control plan of the fuel burning control system, the temperature control system and the chamber pressure control the system through understanding the entire step-type heating furnaces technique of production and influencing factors，and choses its control rule and the parameter. Next-bit machine uses
5、 the software of PLC to program the software，the host computer uses the software of MCGS to monitor and display screen，which realizes the automatic control function of the temperature and pressure of the furnace. Finally it achieves the heating furnace movement safely, economically, the highly effec
6、tive. Key words: step-type of the heating furnace;automatic control system;PID control algorithm;PLC;DCS目 录摘 要IAbstractII第一章 引言1第二章 步进式加热炉工艺32.1 步进式加热炉简介32.1.1 步进式加热炉的概念32.1.2 步进式炉的几种类型32.1.3 步进式炉的优缺点32.2 步进式加热炉的工艺简介42.2.1 步进式加热炉的生产工艺流程42.2.2 影响钢坯质量的若干因素7第三章 步进式加热炉控制系统硬件设计93.1 控制方案93.1.1 燃料燃烧的控制系统设计
7、93.1.2 炉温的控制系统设计103.1.3 炉膛压力的控制系统设计133.2 检测元件的选择133.2.1 温度检测元件133.2.2 流量检测元件143.2.3 压力检测元件143.3 执行器的选择153.3.1 执行机构的选择153.3.2 调节机构的选择163.4 控制器的选择173.4.1 控制规律的选择173.4.2 控制器的正反作用选择183.5 PLC选型203.5.1 S7-200简介203.5.2 S7-200的模块选择213.5.3 PLC的I/O地址分配213.6 DCS选型22第四章 步进式加热炉控制系统的软件设计254.1 软件系统介绍254.2 系统流程图334
8、.2.1 主程序流程图334.2.2 燃料与空气比值控制系统344.2.3 温度控制系统344.2.4 炉膛压力控制系统364.3 程序编制364.4 系统调试374.4.1 系统软件调试374.4.2 系统硬件调试37第五章 总结38参考文献39附录A 源程序41附录B 组态图56致 谢5758内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引言钢铁行业作为关系国计民生的基础性行业，具有较高的产业关联度。钢铁工业是一个原材料的生产和加工部门，处于产业链的中间位置，它的发展与国家的基础建设以及工业发展的速度关联性很强。钢铁企业轧钢领域蓄热式换热技术的应用，从炉型上分：有推钢式加热炉、步进梁式加
9、热炉、车底式炉、均热炉、罩式炉、带材连续式热处理炉及冶炼连铸领域的烘烤设备。加热炉是轧线的龙头，加热炉运行状况对钢铁企业的产品质量、效益有很大的影响。目前步进式加热炉是各种机械化炉中使用最广、发展最火的炉型，是取代推钢式加热炉的主要炉型。七十年代以来，世界各国新建的热连轧机等大型轧机，几乎都采用了步进式炉。连续加热炉在轧钢生产中占有十分重要的地位。它的任务是按轧机的轧制节奏将钢坯加热到工艺要求的温度水平，并且在保证优质、高产的前提下，尽可能地降低燃料消耗、减少氧化烧损。随着轧钢生产的大型化、连续化和对加热炉高产、优质和低消耗的要求不断提高，采用计算机控制加热炉生产已成为实现上述目标的发展方向和
10、必然趋势。加热炉中钢坯加热过程优化控制的目的不外乎优质、高产和低消耗，其优化控制目标主要包括：燃耗最低、氧化烧损最小、产量最高和目标出炉温度最准等。此外，还可计入炉子运行折旧、加热和轧制的总能耗等指标。加热炉的主要任务是加热钢坯，使其在出炉时达到轧制所要求的温度分布。由于加热炉只是轧钢工序的组成部分，许多不可预见的因素都将影响到加热炉的稳定生产，而待轧是炉子操作中一个典型的动态过程，也是不可避免的。一般将加热炉的待轧状态分为计划性和非计划性待轧，其中计划待轧指计划检修或换班引起的停顿，其时间一般能准确确定；而非计划待轧只由事故等随机因素造成的，其时间一般不易预知。待轧一旦发生，钢坯在炉内不再运
11、动，如果供热制度不做适当调整，钢坯温度将不断上升，这不仅导致燃料浪费，而且还可能导致更多的氧化和脱碳，严重地影响到钢坯的加热质量。因此，必须对生产过程中出现的待轧情况进行动态的决策，使加热炉在此不稳定工况下仍能实现优化操作，满足加热炉优质、高产和低消耗的要求。现代化的高产量热轧带钢轧机，由于对轧制带钢的厚度尺寸公差、带钢表面质量和板型控制的要求日益严格，因而对板坯加热温度均匀性和热板坯表面的质量要求也不断提高，如何提高其质量一直是冶金行业密切关注的问题。加热炉是热轧带钢轧机必须配备的热处理设备。提高板坯质量的方法多种多样，在生产过程中运用自动控制即是其中之一。随着工业自动化技术的不断发展，现代
12、化的热连轧机应该配置大型化的、高度自动化的步进式加热炉，其生产应符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，以提高其产品的质量,增强产品的市场竞争力1。第二章 步进式加热炉工艺2.1 步进式加热炉简介2.1.1 步进式加热炉的概念借助于炉底的升降和进退，使钢坯在炉内做走步一样，从装料端一步一步地“走”到出料端。以这种方式运送炉内钢坯的炉子叫做步进式炉。2.1.2 步进式炉的几种类型步进式炉从炉子构造上分目前有：单面供热步进式炉、两面供热步进式炉、钢料可以翻转的步进式炉、交替步进式炉、炉底分段的步进式炉等等。单面供热步进式炉也称步进底式炉，钢料放置在耐火材料炉底或铺设在炉底上
13、的钢枕上。钢坯吸热主要来自上部炉膛，由于一面受热，这种炉子的炉底强度较低。它适用于加热薄板坯、小断面方坯或有特殊要求的场合。两面供热步进式炉也称步进梁式炉，活动梁和固定梁上都安设有能将钢坏架空的炉底水管。在钢坯的上部炉膛和下部炉膛都设置烧嘴，因此炉底强度较高，适用于产量很高的板坯或带钢轧前加热。钢坯可以翻转的步进式炉是每走一步炉内钢料可以翻转某一角度，步进梁和固定梁都带有锯齿形耐热钢钢枕，这是加热钢管的步进式炉，每走一步钢管可以在锯齿形钢枕上滚动一小段距离，使受热条件较差的底面逐步翻转到上面，以求加热均匀。交替步进式炉则有两套步进机构交替动作。运送过程中，钢坯不必上升和下降，振动较小，底面不会
14、被划伤，表面质量较好。炉底分段的步进式炉的加热段和预热段可以分开动作。例如预热段每走一步，加热段可以走两步或两步以上。这种构造是专门为易脱碳钢的加热而设计的。钢坯在预热段放置较密，可以得到正常的预热作用，在加热段钢坯前进较快，达到快速加热，以减少脱碳。2.1.3 步进式炉的优缺点步进式炉是借机械将炉内钢坯托着一步一步前进，因此钢坯与钢坯还不必紧挨着，其间距可根据需要加以改变。 原始的步进式炉只用于加热推钢机无法推进的落板坯或异形坯，随着轧机的大型化和连续化，推钢式炉已不能满足轧机产量和质量的要求。在这种情况下，近十年来造价较高的步进式炉得到了快速发展，其结构也日趋完善。步进式炉具有以下特点：（
15、1）炉子长度不受钢坯厚度的限制，不会拱钢，炉子可以建得很长，目前有些炉子已接近60米长，一个步进式炉可以代替1.52个推钢式炉。（2）操作上灵活性较大，可以通过改变装料间隙调节钢坯加热时间，且更换品种方便。（3）炉内钢料易于清空，减少停炉时清除炉内钢料的时间。（4）钢坯在炉内不与水管摩擦，不会造成通过轧制还不能消除的伤痕。（5）水管黑印小，即能得到尺寸准确的轧材。（6）两面加热步进式炉可以不要实底均热段，因此加热能力比推钢式炉稍大。（7）没有出料滑坡，减少了由于滑坡高差作用而吸入炉内的冷空气。（8）钢坯有侧面加热，这样可实现三面或四面加热，因此加热时间短，钢坯氧化少。(9)生产能耗大幅度降低,从炼钢连铸后开始全连续的直接生产。(10)产量大幅度提高,在100*t/a以上。(11)生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大都是单回路仪表和继电器逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式供电装置，现在的加热炉的控制系统大多数都具有二级过程控制系统和三级生产管理系统，传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。步进式
