自動化儀表對燃氣上加熱鍍鋅爐控制系統(tǒng)的優(yōu)化
【作者】錢東海
【作者單位】無錫市鑫潤工業(yè)爐有限公司
【摘要】在燃氣明火上加熱鋼絲熱鍍鋅爐的生產(chǎn)中存在鋅溫波波動大，氧化鋅渣多等缺陷，研究開發(fā)了自動化儀表結(jié)合PLC組成的自動溫控系統(tǒng)，結(jié)合江蘇福爾特金屬制品有限公司和南通優(yōu)諾機械有限公司的燃氣明火上加熱鍍鋅爐運行情況，分析總結(jié)了自動化儀表的設(shè)計及控制對熱鍍鋅爐加熱控制優(yōu)化的成果。
【關(guān)鍵詞】儀表自動化，鍍鋅爐溫控
【引言】在鋼絲熱鍍鋅行業(yè)中，按照鍍鋅爐的加熱方式可把鍍鋅爐分為以下幾類：1. 內(nèi)加熱陶瓷鍍鋅鍋鍍鋅爐；2.上加熱陶瓷鍋鍍鋅爐；3.下加熱鐵鍋鍍鋅爐。本文針對二種，上加熱陶瓷鍋鍍鋅爐的加熱以及溫度控制優(yōu)化進行分析和講解。
【正文】
1.熱鍍鋅的工藝
熱鍍鋅顧名思義，就是在加溫的情況下將鋅融化成液態(tài)后，將鋼絲浸入其中，這樣鋅就會和鋼絲形成互滲，結(jié)合很緊密，中間不易殘留其他雜質(zhì)或缺陷，類似于兩種材料在鋅層部位融化到一起，而且熱鍍鋅工藝生產(chǎn)出來的鋼絲上鋅量大、鋅層厚，所以耐腐蝕性能高，在實際生活中得到了廣泛的應(yīng)用。熱鍍鋅爐的溫度控制對鍍鋅效果，上鋅量有很大的影響，所以溫度控制在鍍鋅爐設(shè)備上很重要。
2.熱鍍鋅爐的控制原理
熱鍍鋅爐設(shè)備如圖1，圖2所示，設(shè)備分為加熱區(qū)和熱鍍鋅區(qū)兩個區(qū)域，加熱區(qū)由加熱罩以及燒嘴1#和燒嘴2#組成，燒嘴1#和燒嘴2#為兩個天燃氣燒嘴，通過燒嘴電動閥控制燒嘴的功率大小，電動閥的信號為直流4-20mA信號。溫度控制原理如圖3所示；鋅溫?zé)犭娕疾杉瘜崟r鋅溫信號，將信號反饋給PLC，PLC根據(jù)設(shè)定鋅溫通過PID計算輸出4-20mA信號驅(qū)動燒嘴電動閥調(diào)節(jié)燒嘴的功率來升高或者降低加熱區(qū)的爐膛溫度，使得實際鋅溫穩(wěn)定在設(shè)定鋅溫值。
（圖1）燃氣上加熱鍍鋅爐設(shè)備圖片
（圖2）燃氣上加熱鍍鋅爐俯視圖
（圖3）溫度控制工作原理圖
3．設(shè)備運行后存在的問題
3.1 用檢測熱電偶檢測了加熱罩爐膛溫度前后溫差大，正常有50℃至100℃的溫差。
3.2鋅溫滯后性大，PID控制溫差大，鋅溫波動±10℃。
3.3爐膛溫度過高后導(dǎo)致加熱罩部分鋅溫過高，氧產(chǎn)生大量化鋅。
4.加入自動化儀表進行設(shè)備改進
4.1鋅溫控制滯后性很大，用PLC的PID很難得到好的控制，所以增加了鋅溫儀表（廈門宇電AI-719A2/N/N/N/N/S4/N）
4.2為了解決爐膛的溫差，使?fàn)t膛溫度升溫降溫更線性，增加了一段，二段溫?zé)犭娕技皽乜貎x表，用來檢測和控制一段，二段爐膛溫度。
（廈門宇電AI719-A2/N/X3/L1/L1/S4/N）
（圖4）一段，二段爐溫儀表接線圖
（圖5）鋅溫儀表接線圖
5.設(shè)備改進后的運行狀況
5.1設(shè)備改進后的工作原理
設(shè)備改進后的工作原理如圖6所示，鋅溫儀表根據(jù)實際鋅溫和設(shè)定鋅溫PID運算，儀表的輸出0%-100%，PLC通過儀表的標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊功能讀取儀表的輸出0%-100%，通過程序?qū)?%-100%換算為650℃-850℃（這個溫度范圍為現(xiàn)場調(diào)試后總結(jié)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)）計算得出的這個溫度就作為一段和二段爐膛溫度控制儀表的設(shè)定值，這里再次運用到儀表的標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊功能，通過通訊的寫功能自動的將設(shè)定溫度寫入儀表，從而使得一段，二段爐膛溫度控制儀表的設(shè)定溫度會根據(jù)鋅溫變化隨之變化，而且這種變化是很線性的，不存在跳變。爐溫升高或者降低使得鋅溫也得到變化，鋅溫?zé)犭娕紮z測到實時鋅溫在進行PID計算從而調(diào)節(jié)爐溫的設(shè)定值，從而實現(xiàn)一個閉環(huán)控制。
（圖6）改進后溫度控制工作原理圖
5.2設(shè)備改進后的總結(jié)
設(shè)備改進后對設(shè)備生產(chǎn)運行狀態(tài)得到以下幾點優(yōu)化：
5.2.1根據(jù)設(shè)備監(jiān)控觸摸屏導(dǎo)出的歷史數(shù)據(jù)（圖7）可以總結(jié)前后爐溫得到穩(wěn)定，前后爐溫溫差±10℃以內(nèi)
（圖7）現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)報表
5.2.2爐溫升溫或者降溫不存在溫度突然跳變的情況，溫度線性的增長或者降低
5.2.3鋅溫可以穩(wěn)定在±2℃以內(nèi)，溫度的穩(wěn)定對鋼絲鍍鋅上鋅量的穩(wěn)定起到很大的幫助
5.2.4具有很好的通訊功能以及成熟PID算法的宇電溫控儀表結(jié)合PLC組成的自動控制系統(tǒng)對于這種大慣量大延遲的溫度控制系統(tǒng)有很好的實際使用效果。