ECS-100在蓄热式均热炉控制中的应用.doc

ECS-100在蓄热式均热炉控制中的应用XXX（XXXX）【摘 要】介绍了蓄热式均热炉控制的主要回路，并给出了和TDCS-2000系统互联的方案关键词】均热炉 ECS-100控制系统 BLOOM蓄热式烧嘴 TDCS-2000 1. 概况宝钢初轧共有均热炉30只坑，装入量160T/每坑分南北两侧，南侧12只坑，北侧18只坑最初的均热炉计算机控制系统是80年代初期从日本山武-霍尼韦尔公司引进的TDCS-2000数字式计算机控制系统，上位机采用的是日立公司H-80小型计算机系统，由于受当时计算机技术的限制，其内存容量只有64K，而且编制的程序容量也正好是64K，无一个多余字节随着条钢厂生产技术的发展，原有的均热炉控制设备制约着生产和技术的发展，严重时甚至威胁着正常生产任务的完成，需要对均热炉计算机控制系统进行维护和修改控制程序因此条钢厂于2003年进行了技术改造，主要改造内容是：l 北侧13＃～24＃坑仪表控制系统l 与改造的12只坑相关共通部分l 原仪表系统TDCS2000与上位机接口经过各项指标的综合评定，浙江中控技术股份有限公司最新研制的ECS-100控制系统在众多国内外系统的竞标中脱颖而出，最终赢得了用户和专家组的信任。

时隔近4年以后，条钢厂决定在保证原有均热炉生产能力的条件下，改传统的常规燃烧供热系统为蓄热式燃烧供热系统利用高温蓄热燃烧充分回收烟气的余热，达到高效节能的目的本次改造项目仅涉及北侧7#～18#号坑仪表控制系统，以及相关的12个坑的共通部分,控制系统依旧采用浙江中控技术有限公司的ECS100控制系统改造后，新增ECS-100系统用于7-18#坑；霍尼韦尔TDCS2000用于25-30#坑，老ECS-100用于19-24#坑而且新老ECS100融合为一个系统，公用OPC服务器（SX5）与L2实现数据通讯原7#～12#采用的霍尼韦尔TDCS2000正式退役，7#～18#坑与L2通讯的数据由新ECS100系统相应数据替换2. 系统规模及网络结构2.1系统规模改造后系统由2个控制站、三个操作站、一个工程师站、一台数据服务器组成均热炉控制系统按照7～24号坑每3个坑1组，每组信号分开进行配置ECS-100系统重要的公用部件如：控制站电源、主控制卡、数据转发卡、通讯网络均按1:1热冗余配置2.2网络结构改造后的ECS-100控制系统采用新型结构体系，实现了多种总线兼容和异构系统综合集成的“网络化控制系统”，在该项目中包括了HART标准的现场智能变送器的接入，TDCS-2000系统的接入，和管理网的连接等。

根据项目特点，设计系统网络结构如图1所示：图1系统网络结构图3. 控制方案3.1控制要求 均热炉主要的控制要求如下：l 炉温的常规燃烧控制；l 开停炉的程序控制以及安全保护；l 和TDCS-2000系统的双向通讯；l 蓄热式燃烧控制3.2控制方案均热炉主要控制参数有：炉温、燃料流量、燃烧空气量、空燃比、炉内压力、预热煤气温度、烟气温度、换热器温度等下面介绍几个重要回路3.2.1 炉温控制回路炉温是均热炉控制的首要目标，结合工艺情况，采用串级方式，这样可以使系统反应速度加快、抗干扰能力加强，改善系统的控制质量其设定值来源于上位机和模型设定器或模拟显示器回路的输出控制框图如图2所示：图2 炉温控制框图工艺要求炉温必须按照一定的曲线进行升温，因此在ECS-100系统上设计了三种升温模型（如图3所示），操作人员可以根据需要设定三种模型的参数，同时对于每个炉坑可以选择三种模型类型中的任意一种进行升温在升温的过程中，操作人员可以随时切换到手动操作模式，进行人工干预以应对各种突发情况同时人工干预结束以后可以切换到模型升温状态，由计算机来控制升温在ECS-100系统上炉温控制可以由COMP、CAS、AUTO、MAN四种操作选择。

COMP方式指温度设定由L2根据模型求出传送过来，CAS方式指温度设定由ECS-100系统根据模型设定自动求出，Auto方式指温度设定由操作人员设定，Man方式指操作人员可以在计算机上手动操作各种设定方式能够无扰的进行切换另外，热电偶检测点有四个操作人员也可以在界面上选择任意一支热电偶的信号作为控制对象图3 升温模型3.2.2 空气流量控制回路由于空气流量在加热期和均热后期的流量变化为1：7，故采用母和子两个阀进行分程控制在燃烧开始或停止时，强制开至一定值的外部复位反馈功能控制框如图4所示：图4 空气流量控制框图燃烧开始前需进行空气吹扫，空气流量比较大吹扫完毕，进入自动控制，由于此时设定较小，空气阀门会处于全关状态，而同时燃料阀打开，必然造成不完全燃烧为避免这种情况的发生，燃料阀打开时，空气阀门直接输出一个开度，称之为外部复位反馈功能（REST功能）REST的值可以由工程师在界面上修改，一般REST设为60％3.2.3 烟气流量控制回路该回路仅在蓄热方式燃烧时才投入使用，常规燃烧时程序联锁，烟气调节阀开度为零采用蓄热式燃烧时，烟气流量控制回路设定值为空气回路设定值与一个系数的乘积，该系数根据烟气管路温度的变化在一定范围内自动变化，烟气回路的作用是保证烟气管路温度不会太高以免烟气换向阀涨死，以及在这个前提下最大限度的抽烟，不仅可以使通过蓄热箱的烟气流量增大，热后派到换热器前冷烟量增加，可以弥补惨冷风机功率小的不足，进而保护换热器。

控制框如图5所示：图5 烟气流量控制框图3.2.4 蓄热式燃烧控制由于本次蓄热式改造是在均热炉的两端墙安装两对BLOOM蓄热式烧嘴，通过每40S换向燃烧，对空气进行单蓄热，同时保留均热炉下部的烟道，混合煤气通过设在均热炉烟道内的金属管对流换热器进行预热达到改造节能目的，因此BLOOM烧嘴换向控制比较关键蓄热式烧嘴是成对布置的，理想情况下各组烧嘴是同步的，即均热炉坑一侧的蓄热式烧嘴在燃烧时，另一侧的蓄热式烧嘴在排气在低于850度时，蓄热模式不起作用（即使操作工选择蓄热模式）因此低温时只能采用常规燃烧，即只有非运锭侧的煤气换向阀是打开的，烟气回路不工作蓄热式燃烧最关键的是换向时序以及烟气换向阀和煤气换向阀的联锁，不能出差错，确保同侧烟气阀开时煤气阀一定是关的，防止煤气进入烟气管路和蓄热箱发生爆炸此外由于换向前后进入炉膛的煤气、空气和烟气波动很大，需要对相关控制回路进行一些处理，例如换向瞬间赋值、控制量缩小一半等，使炉压等波动尽可能小，避免温度波动以及炉膛喷沙等4. TDCS-2000系统的互联经过与宝钢工程师的一起积极探讨，通过阅读大量的相关资料，最后成功解决了和TDCS-2000系统的互联问题。

在系统中配备了一台TDCS-2000接口计算机，其中运行SupOPC服务器软件、SupOPC总线切换软件、ECS-100系统的OPC 服务器软件和L2（管理网）的OPC客户软件SupOPC服务器软件可以按OPC方式快速高效的读写Data Hiway上的数据（包括7#~12#和25#~36#坑的实时数据）SupOPC总线切换软件用于实现Data Hiway A/B通道的自动切换，它可以判断出DataHiway上的故障，当需要切换时，通过TDCS-2000接口计算机向HTD的ICC发切换信号ECS-100系统的OPC 服务器软件可以将ECS-100系统所控制的13~24号炉坑的实时数据以OPC协议开放给L2L2的OPC客户软件，作为L2与L1进行以太网通讯的接口，可以同时与SX5OPC服务器软件及ECS-100系统的OPC Server软件建立OPC连接，并以报文的格式通过以太网与L2的计算机系统通讯，使L2可以对L1进行统一的管理和监控5. Hart智能设备的接入ECS-100系统中集成了SAMS现场总线设备管理系统，可以实现对HART协议仪表的统一管理SAMS现场总线设备管理系统包括HART协议网桥、系统操作站、现场总线设备管理软件等，其中HART协议网桥与现场HART协议仪表的通信采用HART通信协议，HART协议网桥与系统操作站的通信采用RS-485总线，系统操作站作为OPC服务器，SAMS现场总线设备管理系统服务器端软件采用OPC技术连接多台系统操作站，所有相关的工作站可以使用客户端软件以客户/服务器方式连接服务器端软件，从而用户在相关的工作站可以直接对下位的HART协议仪表进行标定、组态、调校等操作。

6. 投运效果由于该系统功能强且易学，人机界面清晰，双方技术人员交流方便，很好的保证了进度的要求经过改造，原TDCS-2000系统上的所有功能都在新系统上得到实现另外，利用新系统强大灵活的图形功能，充分考虑了操作人员的习惯，在界面和操作方法上都很好的符合了原来的操作习惯同时利用新系统强大的数据库技术，在上位机上增加了数据查找、分析等等功能，给管理人员提供了很好的分析数据，提高了管理系统投运以来，运行一直非常稳定，各项指标都达到了要求 参考文献：1. 均热炉交工资料， 浙江中控技术有限公司2. ECS-100控制系统使用手册，浙江中控技术有限公司3. 王骥程、祝和云.化工过程控制工程，化工工业出版社，1991.4. 陈乐.过程控制与仪表，中国计量学院，2002.1237。