1、 設備名稱電壓/V電流/A溫度/運行狀態故障信息1#原煤膠帶380025停止無2#手選膠帶380025停止無3#轉換膠帶380025停止無4#上倉膠帶380025停止無5#可逆膠帶380025停止無6#裝車膠帶380025停止無7#下倉膠帶380025停止無8#排矸膠帶380025停止無9#排矸膠帶380025停止無10#排矸膠帶38025停止無圖4系統監控主畫面3結語應用國產KH P109-K 型煤礦用帶式輸送機保護系統對山西介體倡源煤炭有限責任公司地面多部膠帶輸送機、給煤機等實現了集中自動控制, 提高了生產系統的安全可靠性, 大大降低了員工操作強度, 提升了礦井自動化水平。僅在節約人力方面

2、, 沿線值守人員每天減少14人, 年創效益可達到50萬元。該系統于2009年6月初投入運行, 實踐證明, 系統圖形界面友好, 操作簡捷, 安全穩定, 為礦井原煤生產運輸提供了有力保證。參考文獻:1黨克, 張衛紅, 李桂林. 引風機狀態維護的設計方法J.工業儀表與自動化裝置,2003(3 .2李艷杰, 于艷秋, 王衛紅, 等. S7-200PL C 原理與實用開發指南M .北京:機械工業出版社,2008.3王萬良, 趙燕偉. 自動控制原理M .北京:機械工業出版社,2009.第2期2010年2月工礦自動化Industry and Mine AutomationNo. 2Feb. 2010文章編號

3、:1671-251X (2010 02-0128-05基于數學模型的輻射管輥底式熱處理爐在線優化控制系統的設計蘇福永1, 溫治1, 程淑明22, 2(1. 北京科技大學機械工程學院, 北京, 重慶400013摘要:, 全面分析了其傳熱特點, 并以輻射管輥底式熱處理爐數學模型為基礎, 。該輻射管輥底式熱處理爐在線、鋼坯溫度的動態計算、最佳爐溫的優化設定及在線反饋修正、。通過對現場實際運行數據的統計分析表明, 該系統運行穩定, 計算精度高, 數學模型計算值與實際測量值最大相對誤差在2%以內, 完全滿足鋼板的熱處理質量要求。關鍵詞:輥底式熱處理爐; 輻射管; 數學模型; 計算機控制; 優化控制中圖分

4、類號:TP273文獻標識碼:B收稿日期:2009-10-17作者簡介:蘇福永(1982- , 男, 天津人, 北京科技大學機械工程學院在讀博士研究生, 主要研究方向為熱過程模型。E 2mail :live_bird 126. comDesign of Control System of On 2line Optimization for Heat Treating Furnace ofRadiant Tube Roller 2heart h Mode Based on Mat hematical ModelSU Fu 2yong 1, WEN Zhi 1, C H EN G Shu 2ming

5、 2, FEN G Xiao 2hong 2, DON G Bin 2(1. College of Mechanical Engineering of U STB. , Beijing 100083, China. 2. CISDI Industrial Furnace Co. , Lt d. , Chongqing 400013, Abstract :The paper too k heat treating f urnace of radiant t of a company as a research o bject , analyzed it s heat 2transfer char

6、acteristics , comp uter optimization cont rol of heat t reating f urnace of radiant t ube h on mat hematics model of t he heat t reating f urnace. The cont rol system of heat treating f urnace of radiant t ube roller 2heart h mode can realize f movement tracking of billet in f urnace , dynamic tempe

7、rat ure and setting of optimum temperat ure and it s on 2line feedback and modification , time modification of billet outp ut from f urnace , network communication between upper and low comp uter , database management during p ractical production and so on. Form t he statistical analysis of practica

8、l running data in p roduction , it can be gotten t hat t he system has stable running performance and high calculation p recision , and t he biggest relative error is lower t han 2%between calculating result s of t he mat hematics model and practical testing result s , which shows t hat t he system

9、can meet quality requirement of heat treating of billet completely.K ey w ords :heatt reating f urnace of roller 2heart h mode , radiant t ube , mat hematical model , comp uter cont rol , optimization co nt rol 0引言熱處理工藝是中厚板生產的最后處理工序, 熱處理爐在這個過程中扮演著極其重要的角色, 鋼板的加熱質量將直接影響產品的質量。輥底式熱處理爐由于其處理的鋼材質量好, 產量高, 易

10、于實現機械化、自動化操作而被廣泛應用于冶金及機械行業生產中1。輥底式熱處理爐按加熱方式可分為明火加熱和輻射管加熱2種爐型。輻射管加熱輥底式熱處理爐由于爐內充入氮氣作保護氣, 爐內保持無氧化氣氛, 使鋼板不會被氧化, 大大提高了鋼板的加熱質量2。本文針對某公司已建成的采用輻射管加熱的輥底式熱處理爐的實際情況進行研究, 以所建立的輥底式熱處理爐內鋼板加熱過程二維傳熱數學模型為基礎, 結合現場實際情況, 對鋼板加熱過程實現了計算機優化控制。1輻射管輥底式熱處理爐簡介本文的研究對象為輻射管輥底式連續熱處理爐, 主要執行鋼板的正火、高溫回火、中溫回火等熱處理工藝。其爐長為69. 64m , 有效長度為6

11、6m ,寬度為4. 11m , 爐膛內寬為3. 5m , 有效布料寬度為3. 2m , 爐膛內高度為3. 025m , 爐子沿爐長方向分為10個控制段、20個溫度控制區。圖1為輻射管輥底式熱處理爐示意圖。該熱處理爐采用自身預熱式單直套管型輻射管, 控制方式為脈沖控制。其燃燒系統和溫度控制系統的主要特點如下:(1 全爐分為10個供熱段, 上、下供熱單獨控制, 共20個溫度控制區, 分別對爐溫進行自動控制, 輻射管分別布置在鋼板的上部和下部。(2 輻射管采用混合煤氣燒嘴, 通過空氣與煤氣的多級混合實現分段燃燒, 形成較長的火焰形狀, 從而保證沿輻射管長度方向上的溫度均勻性, 在輻射管的廢氣出口末端

12、裝有翅片對流型自身空氣預熱器, 將助燃空氣預熱至500以上, 節約燃料消耗。(3 采用循環脈沖時序控制模式, 分段控制爐溫, 以適應不同熱處理制度的控制要求, 最終滿足多品種所要求的溫度制度調整的靈活性。(4 采用先進、可靠、實用的儀表和電器控制設備, 并配備完善的儀表電器自動化控制系統, 確保溫度控制的精度。9212010年第2期蘇福永等:基于數學模型的輻射管輥底式熱處理爐在線優化控制系統的設計 (a 輻射管輥底式熱處理爐現場實物照片(b 輻射管輥底式熱處理爐剖面示意圖(c 輻射管輥底式熱處理爐內部渲染圖圖1輻射管輥底式熱處理爐示意圖2輻射管輥底式熱處理爐數學模型鋼板加熱過程的計算機優化控制

13、以鋼板在爐內加熱的數學模型為基礎, 模型中根據鋼板的具體情況以及現場的條件, 在保證模型準確性的前提下進行簡化, 依據經驗和實際情況來提出如下假設35:(1 爐溫分布不隨時間變化, 認為爐膛內輻射管外表面溫度在所分區段內是均勻一致的;(2 鋼板在爐內勻速運動, 忽略沿鋼板長度方向(即爐寬方向 的導熱。由于鋼板間隙放置, 因此可將鋼板的內部傳熱近似認為無限長扁坯上下及兩側四面受熱的二維不穩態導熱問題, 并認為兩側面的受熱條件是相同的。(3 爐墻內表面、爐頂內表面、輻射管外表面及鋼板表面黑度視為常數;(4 近似認為爐溫比輻射管表面溫度低3050。在以上假設的基礎上, 鋼板加熱過程所用數學模型中爐膛

14、內的熱交換引入假想面等效黑度法進行計算。通過該方法, 爐膛內復雜的熱交換便可以看成是由鋼板表面、假想面和爐壁組成的簡單封閉空間內的熱交換。忽略爐壁的熱輻射, 則爐膛內的熱交換可簡化成鋼板表面和假想面之間的輻射換熱。在鋼板的內部導熱中, 認為鋼板是沿寬度方向溫度分布對稱、厚度方向不對稱的二維非穩態導熱。而對于爐襯(爐墻和爐頂 , 其傳熱過程按照一維, 首先, 然后采用交散化, 最后由追趕法(TDMA 進行數值求解67。3輻射管輥底式熱處理爐在線優化控制系統設計3. 1系統組成本文所設計的在線優化控制系統主要由客戶端系統和服務器系統組成, 如圖2所示。客戶端系統主要用于將服務器的計算數據顯示在各種

15、人機控制界面上, 并將人機控制界面發出的控制信號傳回服務器。服務器系統主要執行鋼板溫度的實時計算以及與其它系統之間的通信和數據傳遞, 通過數據表共享與L3級系統進行通信, 以及時得到生產計劃安排等; 通過O PC 協議與儀表PL C 系統和電氣PL C 系統通信, 以獲取熱處理爐的爐溫分布、爐底輥轉速及裝出爐信號等。同時, 服務器系統還與現場打印機等設備連接, 以及時打印輸出報表 。圖2在線優化控制系統組成圖3. 2爐內鋼板位置跟蹤模塊輥底式熱處理爐爐內鋼板位置實時在線跟蹤模塊是輥底爐優化加熱控制的基礎。該模塊根據輥底式熱處理爐的裝出料信號, 以及上位管理計算機下達(或由操作工人輸入 的裝出料

16、等信息, 在線跟蹤料坯在爐內的位置, 從而為溫度跟蹤等模塊提供詳細的物流信息, 并在操作界面顯示跟蹤結果。031工礦自動化2010年2月用鼠標點擊某一塊鋼板, 界面上就會顯示該塊鋼板的信息情況, 其中包括編號、長度、寬度、厚度、工藝、目標溫度、鋼種、目標加熱時間、已經加熱時間以及鋼板表面的平均溫度等等。爐內鋼板位置跟蹤界面如圖3所示 。圖3爐內鋼板位置跟蹤界面3. 3爐內鋼板溫度跟蹤模塊鋼板溫度跟蹤模塊是優化控制的核心, 其主要功能是根據在線監測的各段爐溫、煤氣流量、空氣流量以及爐內鋼板位置跟蹤模塊的信息, 由鋼板加熱過程在線控制數學模型, 以適當的頻率計算并確定爐內每塊鋼板在計算時刻的溫度情

17、況, 從而實現全爐鋼板的溫度在線跟蹤計算, 估算該塊鋼板出爐時的溫度情況, 并據此調節爐溫設定, 為爐溫優化設定提供堅實的理論依據。650回火時單塊鋼板爐內鋼板溫度實際跟蹤曲線如圖4所示 。圖4650回火時單塊鋼板爐內鋼板溫度實時跟蹤曲線3. 4爐溫設定及溫度反饋模塊爐溫設定模塊的主要功能是根據生產節奏、爐內鋼板的規格、鋼種等及鋼板的出爐溫度分布、斷面溫差要求等信息動態設定各個爐溫控制段的優化爐溫設定值, 從而保證鋼板在爐內的升溫速率、保溫時間以及最終出爐溫度的要求。在實際設定中, 鋼板的熱處理質量為主要影響因素, 在保證熱處理質量的前提下應盡量加快生產節奏。溫度反饋控制模塊的主要功能是將出爐

18、鋼板的, 然后根據實際測量, 使。 5所示。圖5爐溫設定及溫度反饋流程圖3. 5鋼板裝出爐修正模塊在現場生產條件下, 針對通信故障時沒有接收到裝出鋼信號的情況, 控制系統提供了鋼板裝出爐修正模塊。裝爐修正時, 鋼板的信息輸入有2種方式:添加計劃表中的鋼板和手動添加鋼板。選擇添加計劃表中的鋼板時, 只要選擇下拉菜單中的鋼板編號即可, 系統將自動在L3數據庫中查找相應的鋼板信息; 當L3級的數據庫中沒有計劃的鋼板信息時就要手動添加鋼板了, 選擇手動添加鋼板時, 需要人工輸入鋼板的信息, 其中包括鋼板編號、熱處理工藝、鋼種、鋼板長度、寬度、厚度、目標加熱溫度和鋼板加熱時間等, 輸入的信息會隨裝爐信號

19、自動保存到數據庫中, 用于后面鋼板溫度場的計算。出爐修正時, 直接在界面選擇將要出爐的鋼板號即可實現鋼板的出爐。鋼板在爐內運行過程中, 程序計算的鋼板位置是通過鋼板的初始位置、運行速度和時間來計算得到的, 而實際鋼板的位置是通過爐內的HMD (高溫金屬檢測器 來識別的, 因此可能由于時間延遲而造成鋼板的實際位置和程序中計算的鋼板位置不相1312010年第2期蘇福永等:基于數學模型的輻射管輥底式熱處理爐在線優化控制系統的設計符, 所以就需要人為地進行位置的修正。而在實際生產過程中, 還可能出現生產計劃發錯的情況, 這時就需要對原有計劃進行修改。控制系統針對以上2種可能的情況也都做了相應的修正模塊

20、, 這樣能最大限度地適應現場生產的需要, 保證連續生產。3. 6系統工作流程輻射管輥底式熱處理爐在線優化控制系統工作流程如圖6所示 。圖6輻射管輥底式熱處理爐在線優化控制系統工作流程圖4系統在線運行結果及分析為了檢驗系統數學模型的準確性與可靠性, 在實際生產中針對生產量較大的低合金鋼極和耐磨鋼極對數學模型進行了驗證。2種鋼板的生產參數如表1所示, (記錄40, 數學模型計算平均溫度為。從表1可看在2%以內, 完全可以滿足鋼板加熱質量的要求。5結語本文成功地將參考文獻3所開發的離線數學模型應用于某公司輻射管輥底式熱處理爐控制系統中, 實現了鋼坯爐內位置的實時跟蹤、鋼坯溫度的動態計算、最佳爐溫制度的優化設定、鋼坯出爐溫度在線反饋修正、鋼坯裝出爐在線實時修正、上下位機的網絡通信及實際生產過程的數據庫管理系統等功能。經現場實際生