论文部分内容阅读
摘 要：随着我国冶金行业的快速发展，冶金机械装备水平也随之大幅度提升，在推动国民经济稳定增长中发挥着重要作用。尤其在冶金机械及自动化的自主研发与应用方面，已经取得了较大进展，为我国实现冶金工业的跨越式发展带来了新契机。基于此点，本文以冶金生产中的热风炉设备为依托，对其全自动燃烧控制系统的设计进行浅谈。
关键词：冶金机械;冶金机械及自动化;计算机技术
冶金机械是指在冶金工业中用于冶炼、铸锭、轧制、搬运和包装的各种机械与设备的总称，具备结构庞大、能耗高、生产设备连续化、作业环境恶劣等特点。冶金机械种类繁多，为了提高冶金机械运行效率和冶金工业产量，必须大力发展冶金机械及自动化技术，推动我国冶金行业步入信息化发展道路。借此，本文就冶金生产中的热风炉全自动燃烧控制系统设计展开研究。
1 冶金机械设备及其自动化分析
1.1冶金生产过程实现自动化
现阶段，我国冶金机械研究已经实现自主化，常规冶金机械制造基本上实现了国产化，这为冶金机械及自动化发展创造了良好的条件。2008年，我国建成2.15m热连轧机和2.13m准予连轧机，标志着我国在相关技术研发方面逐步摆脱了对外国的依赖。随着计算机技术和信息技术在冶金行业中的广泛应用，极大地提升了冶金自动化生产效率，降低了生产管理成本，提高了冶金企业的经济效益。
1.2PLC成为主流控制系统
我国冶金行业的自动化集成系统发展迅速，已经涉及到原料、烧结、加热炉、高炉、焦化、均热炉、连铸、转炉、轧机、铝电解等多个环节，实现了以PLC为主流的冶金自动化系统控制。尤其在轧钢发展方面，其自动化程度最高，主要包括轧制节奏控制模型、自动燃烧控制模型、精轧设定模型、精轧出口温度控制模型、粗轧自动宽度控制模型、板形设定和控制模型、卷取设定模型等内容。PLC控制系统的应用，对轧钢自动化发展起到了至关重要的作用。
1.3冶金机械高耗低效问题突出
在我国冶金机械及自动化快速发展的同时，也伴随着一些亟待解决的问题，主要表现在以下三个方面：
1.3.1我国冶金机械对二次能源的利用率较低，导致冶金机械能耗较高。
1.3.2我国冶金机械及自动化技术与国际领先技术相比，仍然存在一定差距。即使一些企业引进了国外先进的自动化设备，也很难在冶金过程控制系统中发挥应有的作用。
1.3.3我国冶金机械在绿色清洁技术应用方面有待提高，尚未将绿色清洁技术覆盖到冶金机械产品设计、制造、使用以及回收的各个阶段。
2 冶金生产中热风炉全自动燃烧控制系统的设计
2.1热风炉配置及其工作原理
某冶金企业共配备了5座热风炉，其中3座为高炉提供持续热风，另外2座为预热炉主要是为热风炉提供助燃风。在冶金生产过程中，热风炉归属于蓄热式热交换设备的范畴，它的基本工作原理如下：利用燃烧将炉内的格子砖烧热，将冷风通入格子砖后会被加热，燃烧与送风为循环交替，从而确保了向高炉的连续供风。
2.2传统热风炉控制方式
众所周知，高炉冶金是一个连续的生产过程，为了确保高炉不间断获得足够的高温空气，热风炉成为不可或缺的重要组成部分。然而，单一的热风炉并不能满足连续提供热风的生产需要，故此为满足生产需要，至少得配置3个热风炉，使其轮流交替工作。
各个热风炉之间的工作状态转换由温控系统进行控制，即当送风管内的混合风温度无法满足风温要求时，系统便会对各个热风炉的工作状态进行切换，将新的热风炉转换为送风，原本的送风炉转为燃烧。由于受到各方面条件的限制，热风炉的加热控制多以手动为主，这不仅需要专人进行操作，而且加热燃烧的均匀性一般，更为重要的是还很难确保燃烧各个阶段内的煤气和空气量的有效控制，从而无法实现节能的效果。
2.3热风炉全自动燃烧控制系统设计
2.3.1总体设计思想。为了实现最小的投入获得最大产出的目标，本文所提出的全自动控制系统的设计主要是以原有的控制系统为基础，系统的硬件平台为原系统的PLC，I/O模块全部采用原系统的。数据通信协议主要以通讯稳定性为改进方向，并兼顾并行通讯问题的解决;在自动化控制方面，控制器采用Quanturn PLC，并以concept作为编程软件;监控系统为工业微机，软件为IN Touch;PLC与监控机采用工业以太网进行通讯;PLC与各个I/O站之间采用远程的方式进行通讯。
2.3.2换炉与送风控制。3座热风炉的工作方式为2烧1送，每间隔45-70min左右进行一次换炉，最长的换炉延迟时间不得超过15min，3座热风炉的工作状态均为燃烧、送风及隔断。本文设计的全自动燃烧控制系统的换炉控制软件为三层结构，即主干控制层、单炉控制层和阀门控制层，主要控制功能如下：自动换炉和半自动换炉。
2.4应用效果
该冶金企业应用本文提出的全自动燃烧控制系统后，使热风炉的工作状态获得了有效控制，不但节省了人力，降低了操作人员的劳动强度，而且还提高热风炉的运行效率，煤气用量也随之大幅度减少，达到了节能的目的。新系统应用至今，运行较为稳定，并未出现严重的故障问题。
结论
总而言之，随着科学技术在冶金机械设备中的集中应用，不仅提高了冶金机械的运行效率，扩展了设备功能，而且还提升了冶金企业的经济效益，有利于冶金企业实现高效低耗的生产目标。当前，我国冶金工业的炼铁设备、炼钢设备、轧制设备等均取得了突破性的发展，為我国冶金机械及自动化的技术研发提供了良好的硬件设施条件。为此，我国必须不断提高冶金机械及自动化的重视程度，将其作为冶金工业发展的必然趋势，持续加大对自动化技术的研发力度，开创冶金行业发展的新局面。
参考文献
[1]汤升林.黄海.费万宝.冶金机械制造设计问题的探讨[J].硅谷.2011（4）.
[2]周彩虹.冶金机械的技术及管理探讨[J].产业与科技论坛.2012（2）.
[3]马洪伟.许宝玲.王时松.绿色冶金机械设计的关键技术[J].科技信息.2012（1）.
[4]冯丽娜.论述机械设计制造及自动化的未来发展[J].黑龙江科技信息.2013（4）.
[5]刘江天.机械工程及自动化创新研究[J].科技创新与应用.2014（10）.
[6]杨建一.于奕峰.郑学明.中小型简易燃煤热风炉设计中几个问题的处理[J].河北化工.2011（12）.
[7]刑丙丙.吴运娟.热风炉烧坏原因的分析和延长使用寿命的措施[J].热载体加热技术.2010（10）.
[8]管丙雨.浅析冶金机械的绿色设计与制造[J].科技创新导报.2012（4）.
[9]张伟.液压系统在冶金机械中产生污染的原因和预防对策探讨[J].机电信息.2014（3）.
[10]张昌华.冶金机械行业主要生产过程中环境因素识别及其控制措施分析[J].冶金标准化与质量.2013（6）.
[11]史慧锋.日光温室新型燃煤热风炉的设计及推广应用[D].新疆农业大学.2013.
[12]白杨.基于ARM的热风炉自动控制系统的接口设计与实现[D].华北电力大学（北京）.2012.
[13]夏欣鹏.宝钢外燃式热风炉残损耐火材料组成、结构与性能及其破损机理研究[D].华东理工大学.2011.
关键词：冶金机械;冶金机械及自动化;计算机技术
冶金机械是指在冶金工业中用于冶炼、铸锭、轧制、搬运和包装的各种机械与设备的总称，具备结构庞大、能耗高、生产设备连续化、作业环境恶劣等特点。冶金机械种类繁多，为了提高冶金机械运行效率和冶金工业产量，必须大力发展冶金机械及自动化技术，推动我国冶金行业步入信息化发展道路。借此，本文就冶金生产中的热风炉全自动燃烧控制系统设计展开研究。
1 冶金机械设备及其自动化分析
1.1冶金生产过程实现自动化
现阶段，我国冶金机械研究已经实现自主化，常规冶金机械制造基本上实现了国产化，这为冶金机械及自动化发展创造了良好的条件。2008年，我国建成2.15m热连轧机和2.13m准予连轧机，标志着我国在相关技术研发方面逐步摆脱了对外国的依赖。随着计算机技术和信息技术在冶金行业中的广泛应用，极大地提升了冶金自动化生产效率，降低了生产管理成本，提高了冶金企业的经济效益。
1.2PLC成为主流控制系统
我国冶金行业的自动化集成系统发展迅速，已经涉及到原料、烧结、加热炉、高炉、焦化、均热炉、连铸、转炉、轧机、铝电解等多个环节，实现了以PLC为主流的冶金自动化系统控制。尤其在轧钢发展方面，其自动化程度最高，主要包括轧制节奏控制模型、自动燃烧控制模型、精轧设定模型、精轧出口温度控制模型、粗轧自动宽度控制模型、板形设定和控制模型、卷取设定模型等内容。PLC控制系统的应用，对轧钢自动化发展起到了至关重要的作用。
1.3冶金机械高耗低效问题突出
在我国冶金机械及自动化快速发展的同时，也伴随着一些亟待解决的问题，主要表现在以下三个方面：
1.3.1我国冶金机械对二次能源的利用率较低，导致冶金机械能耗较高。
1.3.2我国冶金机械及自动化技术与国际领先技术相比，仍然存在一定差距。即使一些企业引进了国外先进的自动化设备，也很难在冶金过程控制系统中发挥应有的作用。
1.3.3我国冶金机械在绿色清洁技术应用方面有待提高，尚未将绿色清洁技术覆盖到冶金机械产品设计、制造、使用以及回收的各个阶段。
2 冶金生产中热风炉全自动燃烧控制系统的设计
2.1热风炉配置及其工作原理
某冶金企业共配备了5座热风炉，其中3座为高炉提供持续热风，另外2座为预热炉主要是为热风炉提供助燃风。在冶金生产过程中，热风炉归属于蓄热式热交换设备的范畴，它的基本工作原理如下：利用燃烧将炉内的格子砖烧热，将冷风通入格子砖后会被加热，燃烧与送风为循环交替，从而确保了向高炉的连续供风。
2.2传统热风炉控制方式
众所周知，高炉冶金是一个连续的生产过程，为了确保高炉不间断获得足够的高温空气，热风炉成为不可或缺的重要组成部分。然而，单一的热风炉并不能满足连续提供热风的生产需要，故此为满足生产需要，至少得配置3个热风炉，使其轮流交替工作。
各个热风炉之间的工作状态转换由温控系统进行控制，即当送风管内的混合风温度无法满足风温要求时，系统便会对各个热风炉的工作状态进行切换，将新的热风炉转换为送风，原本的送风炉转为燃烧。由于受到各方面条件的限制，热风炉的加热控制多以手动为主，这不仅需要专人进行操作，而且加热燃烧的均匀性一般，更为重要的是还很难确保燃烧各个阶段内的煤气和空气量的有效控制，从而无法实现节能的效果。
2.3热风炉全自动燃烧控制系统设计
2.3.1总体设计思想。为了实现最小的投入获得最大产出的目标，本文所提出的全自动控制系统的设计主要是以原有的控制系统为基础，系统的硬件平台为原系统的PLC，I/O模块全部采用原系统的。数据通信协议主要以通讯稳定性为改进方向，并兼顾并行通讯问题的解决;在自动化控制方面，控制器采用Quanturn PLC，并以concept作为编程软件;监控系统为工业微机，软件为IN Touch;PLC与监控机采用工业以太网进行通讯;PLC与各个I/O站之间采用远程的方式进行通讯。
2.3.2换炉与送风控制。3座热风炉的工作方式为2烧1送，每间隔45-70min左右进行一次换炉，最长的换炉延迟时间不得超过15min，3座热风炉的工作状态均为燃烧、送风及隔断。本文设计的全自动燃烧控制系统的换炉控制软件为三层结构，即主干控制层、单炉控制层和阀门控制层，主要控制功能如下：自动换炉和半自动换炉。
2.4应用效果
该冶金企业应用本文提出的全自动燃烧控制系统后，使热风炉的工作状态获得了有效控制，不但节省了人力，降低了操作人员的劳动强度，而且还提高热风炉的运行效率，煤气用量也随之大幅度减少，达到了节能的目的。新系统应用至今，运行较为稳定，并未出现严重的故障问题。
结论
总而言之，随着科学技术在冶金机械设备中的集中应用，不仅提高了冶金机械的运行效率，扩展了设备功能，而且还提升了冶金企业的经济效益，有利于冶金企业实现高效低耗的生产目标。当前，我国冶金工业的炼铁设备、炼钢设备、轧制设备等均取得了突破性的发展，為我国冶金机械及自动化的技术研发提供了良好的硬件设施条件。为此，我国必须不断提高冶金机械及自动化的重视程度，将其作为冶金工业发展的必然趋势，持续加大对自动化技术的研发力度，开创冶金行业发展的新局面。
参考文献
[1]汤升林.黄海.费万宝.冶金机械制造设计问题的探讨[J].硅谷.2011（4）.
[2]周彩虹.冶金机械的技术及管理探讨[J].产业与科技论坛.2012（2）.
[3]马洪伟.许宝玲.王时松.绿色冶金机械设计的关键技术[J].科技信息.2012（1）.
[4]冯丽娜.论述机械设计制造及自动化的未来发展[J].黑龙江科技信息.2013（4）.
[5]刘江天.机械工程及自动化创新研究[J].科技创新与应用.2014（10）.
[6]杨建一.于奕峰.郑学明.中小型简易燃煤热风炉设计中几个问题的处理[J].河北化工.2011（12）.
[7]刑丙丙.吴运娟.热风炉烧坏原因的分析和延长使用寿命的措施[J].热载体加热技术.2010（10）.
[8]管丙雨.浅析冶金机械的绿色设计与制造[J].科技创新导报.2012（4）.
[9]张伟.液压系统在冶金机械中产生污染的原因和预防对策探讨[J].机电信息.2014（3）.
[10]张昌华.冶金机械行业主要生产过程中环境因素识别及其控制措施分析[J].冶金标准化与质量.2013（6）.
[11]史慧锋.日光温室新型燃煤热风炉的设计及推广应用[D].新疆农业大学.2013.
[12]白杨.基于ARM的热风炉自动控制系统的接口设计与实现[D].华北电力大学（北京）.2012.
[13]夏欣鹏.宝钢外燃式热风炉残损耐火材料组成、结构与性能及其破损机理研究[D].华东理工大学.2011.