退火爐過程控制系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

安聰蓉

（山西云時代太鋼信息自動化技術(shù)有限公司， 山西 太原 030003）

1 退火爐過程控制系統(tǒng)介紹

1.1 控制流程

退火爐過程控制系統(tǒng)主要用于管理和優(yōu)化退火工藝流程，使退火爐內(nèi)鋼卷的加熱、均熱和冷卻過程的退火工藝趨于完善。在退火準備中建立鋼卷垛和計算設(shè)定點，在組垛時，把鋼卷數(shù)據(jù)導入到鋼卷垛數(shù)據(jù)中，形成待退火的鋼卷垛。根據(jù)鋼卷垛的鋼種，調(diào)入預(yù)設(shè)的退火工藝表。經(jīng)工藝模型計算后，把優(yōu)化的退火工藝下發(fā)至PLC，開始退火。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

退火爐過程控制系統(tǒng)架構(gòu)：采用C/S 架構(gòu)，使用OPC 技術(shù)與一級系統(tǒng)進行通訊，數(shù)據(jù)存儲采用Oracle 數(shù)據(jù)庫，前臺開發(fā)用MS Visual Studio.NET。

1.3 系統(tǒng)功能

1.3.1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與管理

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與管理功能可顯示系統(tǒng)中存儲的所有鋼卷，通過查詢功能可進行鋼卷的選擇，并提供了輸入、編輯、刪除鋼卷數(shù)據(jù)的功能。

1.3.2 爐料垛的編輯

系統(tǒng)根據(jù)鋼種、鋼卷的尺寸和退火工藝要求，把對應(yīng)的鋼卷裝入爐臺，組成鋼卷垛。組垛優(yōu)化功能確保在裝爐組垛的過程中，盡可能的把相同鋼種的鋼卷裝在一起退火。如果工藝允許，一些不同的鋼種之間也可以混合堆垛。

1.3.3 退火程序設(shè)定并下發(fā)

系統(tǒng)負責退火工藝的最優(yōu)化，按照工藝要求對退火曲線優(yōu)化后，把優(yōu)化好的退火程序設(shè)定值下發(fā)至一級。在保溫段和冷卻段結(jié)束前，系統(tǒng)要根據(jù)前面的實際退火信息進行重復(fù)設(shè)定點的計算，修改該節(jié)點以后的退火曲線，一級按照修改后的退火曲線進行退火。

1.3.4 日志查詢與存檔

生成退火報告，顯示退火程序日志、狀態(tài)信息以及與該次退火相關(guān)的信息，設(shè)定數(shù)據(jù)庫定時自動備份及存檔。

1.3.5 趨勢分析

系統(tǒng)可根據(jù)工藝模型在線調(diào)整退火工藝表，將實際數(shù)據(jù)進行收集和處理，對工藝統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行評估和描述，并完成數(shù)據(jù)查詢、趨勢分析等功能。系統(tǒng)提供了可靠的監(jiān)視和分析工具，基于時間進行趨勢顯示，數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫表中讀取，可對爐臺的溫度、加熱罩的溫度、氮氣、煤氣及氫氣流量等各種數(shù)據(jù)進行趨勢分析。如圖1 為趨勢分析界面。

圖1 趨勢分析界面圖

1.3.6 報警功能

在退火過程中，根據(jù)采集的實時數(shù)據(jù)可以反映爐臺的狀態(tài)和報警信息，系統(tǒng)提供的報警日志顯示退火過程中的記錄報警，這些報警同時也被記錄在退火日志中。

2 退火模型

過程控制系統(tǒng)提供鋼卷退火的工藝計算模型，模型按照設(shè)定的運算方法，設(shè)定冷點、熱點、加熱時間和冷卻時間等工藝參數(shù)，給出溫度曲線及氣氛曲線的區(qū)段值，自動完成所需的運算。在線退火模型是建立以溫度跟蹤為目的的退火爐鋼卷退火過程在線數(shù)學模型，實現(xiàn)鋼卷組垛時退火工藝曲線的計算，操作過程中退火工藝曲線的重新計算。離線退火模型用于計算從鋼卷垛開始加熱起，垛中鋼卷冷點達到退火設(shè)定溫度所需的時間間隔。如圖2 為退火程序界面。

圖2 退火程序界面圖

鋼卷的加熱是從外向內(nèi)逐漸進行熱能傳遞，要確保整個鋼卷溫度場分布均勻，這需要較長的時間。最終應(yīng)保證整個鋼卷的熱點和冷點的溫差小于要求的溫差，即認為整個鋼卷已達到退火溫度，可以開始冷卻。如果這個時間過短，冷點不能達到設(shè)定溫度，該區(qū)域不能實現(xiàn)退火。如果時間過長，會增加燃氣的消耗，造成浪費。因此，通過模型計算準確合理的加熱時間，是保證退火工藝質(zhì)量、降低能耗的關(guān)鍵。

在線退火模型在鋼卷退火的退火程序變化點前，需要啟動溫度場計算，分析鋼卷是否已達到預(yù)設(shè)的溫度。如果還未能達到預(yù)設(shè)的溫度，則需要修改該環(huán)節(jié)的間隔時間，保證鋼卷所有部位都能滿足退火工藝要求，當鋼卷各點都達到退火溫度要求后，結(jié)束加熱保溫，完成退火。

3 退火爐過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用

退火爐過程控制系統(tǒng)在太鋼熱連軋廠得到了很好的推廣應(yīng)用，新增退火爐項目現(xiàn)已完工并投入生產(chǎn)。通過修改原有過程控制系統(tǒng)程序，將新建退火爐整合到現(xiàn)有退火爐的過程控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)退火爐過程控制系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。主要完成以下工作：新增一臺服務(wù)器和一臺操作站，通訊協(xié)議采用TCP/IP；對新增退火爐服務(wù)器進行系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件的安裝及調(diào)試； 新系統(tǒng)與原系統(tǒng)共用一個數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)表中進行新增爐臺相關(guān)數(shù)據(jù)項的修改與擴充；完成一二級通訊接口程序的配置；確保工藝預(yù)計算模型滿足工藝要求，能夠完成爐料垛的編輯與設(shè)定值的下送。進行后臺程序及界面程序的修改與調(diào)試，以滿足用戶的需求。開發(fā)退火爐的二三級接口通訊程序，實現(xiàn)退火爐數(shù)據(jù)上傳MES 系統(tǒng)。

系統(tǒng)應(yīng)用采用了一些創(chuàng)新方法：通過設(shè)置配置文件，使前臺應(yīng)用軟件可以訪問不同的服務(wù)器，可將舊的操作界面運行在新操作站上，實現(xiàn)新舊操作站的融合，減少操作終端，節(jié)省設(shè)備投入；共用一個數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的融合共享；工藝預(yù)計算模型可自主制定最佳的退火工藝；過程控制系統(tǒng)平臺與技術(shù)將充分配合未來功能及擴充項目的需求，以避免將來重復(fù)的投資，奠定了系統(tǒng)開放性、經(jīng)濟性和可擴展性的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

退火爐過程控制系統(tǒng)在滿足工藝要求的前提下，完善了不同鋼種、不同規(guī)格的鋼卷在不同產(chǎn)量條件下的優(yōu)化退火模型，可以根據(jù)鋼種的變化，隨時制定對應(yīng)的退火工藝，有效降低能耗，提高設(shè)備的使用率。且系統(tǒng)操作簡單便捷，維護方便，應(yīng)急響應(yīng)快，可根據(jù)操作人員要求進行功能拓展。系統(tǒng)投運后，可減低煤氣、氫氣等的消耗量，對于企業(yè)節(jié)約能源，提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量有著重要意義。