自動(dòng)化儀表對燃氣上加熱鍍鋅爐控制系統的優(yōu)化
【作者】錢(qián)東海
【作者單位】無(wú)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(dòng)大，氧化鋅渣多等缺陷，研究開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化儀表結合PLC組成的自動(dòng)溫控系統，結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，分析總結了自動(dòng)化儀表的設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(dòng)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(lèi)：1. 內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(jìn)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(huì )和鋼絲形成互滲，結合很緊密，中間不易殘留其他雜質(zhì)或缺陷，類(lèi)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(lái)的鋼絲上鋅量大、鋅層厚，所以耐腐蝕性能高，在實(shí)際生活中得到了廣泛的應用。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備上很重要。
2.熱鍍鋅爐的控制原理
熱鍍鋅爐設備如圖1，圖2所示，設備分為加熱區和熱鍍鋅區兩個(gè)區域，加熱區由加熱罩以及燒嘴1#和燒嘴2#組成，燒嘴1#和燒嘴2#為兩個(gè)天燃氣燒嘴，通過(guò)燒嘴電動(dòng)閥控制燒嘴的功率大小，電動(dòng)閥的信號為直流4-20mA信號。溫度控制原理如圖3所示；鋅溫熱電偶采集實(shí)時(shí)鋅溫信號，將信號反饋給PLC，PLC根據設定鋅溫通過(guò)PID計算輸出4-20mA信號驅動(dòng)燒嘴電動(dòng)閥調節燒嘴的功率來(lái)升高或者降低加熱區的爐膛溫度，使得實(shí)際鋅溫穩定在設定鋅溫值。
（圖1）燃氣上加熱鍍鋅爐設備圖片
（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．設備運行后存在的問(wèn)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(dòng)±10℃。
3.3爐膛溫度過(guò)高后導致加熱罩部分鋅溫過(guò)高，氧產(chǎn)生大量化鋅。
4.加入自動(dòng)化儀表進(jìn)行設備改進(jìn)
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(mén)宇電AI-719A2/N/N/N/N/S4/N）
4.2為了解決爐膛的溫差，使爐膛溫度升溫降溫更線(xiàn)性，增加了一段，二段溫熱電偶及溫控儀表，用來(lái)檢測和控制一段，二段爐膛溫度。
（廈門(mén)宇電AI719-A2/N/X3/L1/L1/S4/N）
（圖4）一段，二段爐溫儀表接線(xiàn)圖
（圖5）鋅溫儀表接線(xiàn)圖
5.設備改進(jìn)后的運行狀況
5.1設備改進(jìn)后的工作原理
設備改進(jìn)后的工作原理如圖6所示，鋅溫儀表根據實(shí)際鋅溫和設定鋅溫PID運算，儀表的輸出0%-100%，PLC通過(guò)儀表的標準Modbus通訊功能讀取儀表的輸出0%-100%，通過(guò)程序將0%-100%換算為650℃-850℃（這個(gè)溫度范圍為現場(chǎng)調試后總結的經(jīng)驗數據）計算得出的這個(gè)溫度就作為一段和二段爐膛溫度控制儀表的設定值，這里再次運用到儀表的標準Modbus通訊功能，通過(guò)通訊的寫(xiě)功能自動(dòng)的將設定溫度寫(xiě)入儀表，從而使得一段，二段爐膛溫度控制儀表的設定溫度會(huì )根據鋅溫變化隨之變化，而且這種變化是很線(xiàn)性的，不存在跳變。爐溫升高或者降低使得鋅溫也得到變化，鋅溫熱電偶檢測到實(shí)時(shí)鋅溫在進(jìn)行PID計算從而調節爐溫的設定值，從而實(shí)現一個(gè)閉環(huán)控制。
（圖6）改進(jìn)后溫度控制工作原理圖
5.2設備改進(jìn)后的總結
設備改進(jìn)后對設備生產(chǎn)運行狀態(tài)得到以下幾點(diǎn)優(yōu)化：
5.2.1根據設備監控觸摸屏導出的歷史數據（圖7）可以總結前后爐溫得到穩定，前后爐溫溫差±10℃以?xún)?/span>
（圖7）現場(chǎng)歷史數據報表
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(xiàn)性的增長(cháng)或者降低
5.2.3鋅溫可以穩定在±2℃以?xún)龋瑴囟鹊姆€定對鋼絲鍍鋅上鋅量的穩定起到很大的幫助
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合PLC組成的自動(dòng)控制系統對于這種大慣量大延遲的溫度控制系統有很好的實(shí)際使用效果。