西門子S7-400PLC在冷軋連續(xù)退火爐快速冷卻段中的應(yīng)用

1 、冷軋連續(xù)退火爐快速冷卻段的工藝介紹

在冷軋連續(xù)退火機(jī)組中，快速冷卻技術(shù)是核心技術(shù)，因?yàn)槔鋮s速度對(duì)帶鋼材質(zhì)影響至關(guān)重要。為了生產(chǎn)烘烤硬化鋼、雙相鋼等產(chǎn)品，機(jī)組需要具備高速冷卻的能力，冷卻速度要求達(dá)到50℃/s 或更高。迄今為止，所開發(fā)的冷卻技術(shù)主要有噴氣冷卻（GJC），高速噴氣冷卻（HGJC），輥冷（RQ），水淬(WQ)，熱水冷卻（HOWAC），以及閃冷（flash Cooling）等冷卻方式，寶鋼某機(jī)組就采用了最新的閃冷控制技術(shù)。整個(gè)快冷段由一個(gè)圓形爐體，3 個(gè)風(fēng)箱，2 對(duì)穩(wěn)定輥，2 套密封裝置，以及電加熱設(shè)備和輻射高溫計(jì)等設(shè)備構(gòu)成。爐子結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 快冷爐結(jié)構(gòu)示意圖

2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 硬件構(gòu)成

快速冷卻段沒有單獨(dú)的 PLC 控制系統(tǒng)，它是和整個(gè)退火爐一體進(jìn)行控制的，這單獨(dú)的一個(gè)工藝段完成帶鋼快速冷卻的退火工藝。PLC 系統(tǒng)采用了西門子S7-400 系列硬件設(shè)備，儀表PLC 的硬件系統(tǒng)如表1 所示。

表 1：儀表PLC 的硬件系統(tǒng)

儀表PLC 與基礎(chǔ)自動(dòng)化的PLC 之間采取工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式，上位機(jī)HMI 與各PLC之間的通訊也采用這種通訊方式。自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖詳見圖2?？刂葡到y(tǒng)分為3 個(gè)級(jí)別：

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)(L1 級(jí)，也稱基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí))、控制級(jí)(L2 級(jí))、管理級(jí)(L3 級(jí))。

圖2 自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖

2.2 軟件平臺(tái)

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)采用的是 Microsoft 的Windows XP Professional 英文版操作系統(tǒng)。PLC開發(fā)軟件采用西門子PCS7 開發(fā)軟件作程序編制，L1 級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)選用西門子Wincc6.0開發(fā)版編制。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft SQL 2000 英文版數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。

3 控制系統(tǒng)的功能

3.1 溫度控制

快速冷卻功能通過 3 臺(tái)噴氣冷卻風(fēng)機(jī)循環(huán)噴吹氮?dú)浔Ｗo(hù)氣體進(jìn)行，風(fēng)箱布置在快冷段的上行pass，并且在上下兩個(gè)爐輥室提供電加熱輻射管，防止在低產(chǎn)量過冷時(shí)進(jìn)行加熱。同時(shí)在RCS 段出口進(jìn)行溫度測(cè)量，為溫度控制提供反饋。下行pass 也提供了電輻射管進(jìn)行加熱，分3 個(gè)加熱區(qū)，目的也是為了防止溫度過低?？刂粕?，加熱器的投入和冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速按相應(yīng)比例曲線進(jìn)行。

3.2 爐壓控制

冷卻速率根據(jù)退火曲線，可以選擇風(fēng)箱的投入數(shù)量，風(fēng)箱的位置可以移動(dòng)，入出口風(fēng)箱分別由VF 馬達(dá)進(jìn)行控制，風(fēng)箱移動(dòng)帶位置反饋，由編碼器完成，同時(shí)前進(jìn)、后退極限位置設(shè)置有傳感器進(jìn)行保護(hù)，防止風(fēng)箱移動(dòng)過頭。爐內(nèi)氮?dú)浔Ｗo(hù)氣體的循環(huán)控制回路，有氣體溫度檢測(cè)，風(fēng)機(jī)入出口設(shè)有壓力檢測(cè)，以保證控制精度?？刂苹芈啡鐖D3 所示。

圖3 控制回路圖

再循環(huán)氣氛的溫度改變會(huì)對(duì)爐膛壓力的穩(wěn)定造成直接影響，對(duì)于爐子來說，將會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)情況，對(duì)于一個(gè)給定的生產(chǎn)效率，可以通過保持一定吹風(fēng)的溫度來避免發(fā)生上述情況。

帶鋼和保護(hù)氣體的熱交換會(huì)導(dǎo)致氣體溫度上升，爐壓升高，要降低氣體溫度，控制器將增加保護(hù)氣體流量，這樣將導(dǎo)致氣體溫度降低，因此，爐膛內(nèi)壓力降低。

為了避免太低的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)影響操作穩(wěn)定的下限，要以一個(gè)最小功率用來控制風(fēng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速。

馬達(dá)最小功率計(jì)算公式如下:

其中，

Pmin.SP：馬達(dá)最小功率（基于氣體密度氮?dú)猓?.250 kg/m3，氫氣：0.089 kg/m3）

N：風(fēng)機(jī)最大速度

N1：風(fēng)機(jī)實(shí)際速度（速度設(shè)定值）

Pmin：風(fēng)機(jī)穩(wěn)定前最小功率（基于最大風(fēng)機(jī)速度和35%H2 氮?dú)錃怏w）

ρ2：當(dāng)前保護(hù)氣體密度

ρ3：50%H2 氮?dú)浔Ｗo(hù)氣體密度0.67kg/m3

3.3 安全吹掃

這個(gè)閃冷工藝段的最大特點(diǎn)就是高氫（最大50%氫氣含量），因此安全非常重要。在生產(chǎn)高氫產(chǎn)品前，需要對(duì)高氫控制回路進(jìn)行安全測(cè)試，以便在高氫生產(chǎn)中出現(xiàn)故障后，能快速放散氫氣，防止故障擴(kuò)大。

4 結(jié)束語

隨著退火工藝的進(jìn)一步發(fā)展，尤其會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、先進(jìn)性以及可擴(kuò)展性上提出更高層次的要求。西門子S7-400 系列PLC 具備了調(diào)試簡(jiǎn)單，操作方便，使用安全，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以滿足工藝的要求。