日照鋼鐵

加熱爐區(qū)域智能化軟件系統(tǒng)

技 術(shù) 方 案

北京普斯通科技有限公司

二0二0年一月

聯(lián)系人：徐天亮

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• 智能化軟件系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)可以完成對熱軋加熱爐區(qū)的自動化、智能化優(yōu)化控制，主要包括基礎(chǔ)自動化控制軟件系統(tǒng)、智能化節(jié)能燃燒優(yōu)化系統(tǒng)（軟件）、智能化監(jiān)測系統(tǒng)等三部分組成：

• 基礎(chǔ)自動化軟件系統(tǒng)：

基礎(chǔ)自動化軟件系統(tǒng)按照設(shè)計功能要求，完成基礎(chǔ)自動化控制軟件部分，智能化鋼坯跟蹤、燃燒優(yōu)化基礎(chǔ)軟件的編制，以及功能調(diào)試工作�；�礎(chǔ)自動化的PLC硬件系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、控制設(shè)備不屬于本系統(tǒng)內(nèi)容，這部分由加熱爐設(shè)計單位設(shè)計，并由相應(yīng)單位供貨，設(shè)計單位按照加熱爐區(qū)的功能要求，進(jìn)行入、出爐輥道、爐內(nèi)步進(jìn)梁、燃燒系統(tǒng)、汽化冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計及配置。

• 智能化節(jié)能燃燒優(yōu)化PSTFAI_BA_V1系統(tǒng)：

包含了基于加熱制度與傳熱原理的爐溫自動設(shè)定模型及燃燒優(yōu)化模型，可以實現(xiàn)爐內(nèi)鋼坯的自動跟蹤、各段爐溫的自動設(shè)定、各段爐溫、煙氣壓力及溫度的優(yōu)化控制。主界面如下：

• 智能化檢測PSTFAI_EA_V1系統(tǒng)：

鋼坯噴碼識別系統(tǒng)（PSTFAI_EA_NI_V1）：可以通過圖像識別方法，對入線或入爐鋼坯的端部噴號進(jìn)行自動識別，為實現(xiàn)產(chǎn)品冶煉號、連鑄過程、軋制過程的全流程跟蹤提供條件。

特殊位置鋼坯定位系統(tǒng)（FAI_EA_RI_V1）：可以通過圖像識別的方法實現(xiàn)環(huán)境惡劣位置鋼坯的準(zhǔn)確定位，替換輥道上因為溫度、位置等原因，熱檢信號容易損壞或無法安裝等問題。

• 各部分智能化軟件系統(tǒng)功能介紹：

• 基礎(chǔ)自動化軟件系統(tǒng)完成的功能
  • 按照設(shè)計功能要求完成爐前輥道、上料臺架、入爐輥道、爐內(nèi)步進(jìn)梁、出爐輥道、出鋼輥道、液壓站等鋼坯運輸系統(tǒng)的設(shè)備主控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置、軟件功能的實現(xiàn)。
  • 按照設(shè)計功能要求完成加熱爐燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測、總管煤氣閥、各加熱爐段空、煤氣閥、煙氣溫度閥、助燃風(fēng)機、排煙風(fēng)機、汽化冷卻等主控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置、軟件功能的實現(xiàn)。
  • 按照設(shè)計功能要求，完成鋼坯運輸系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)HMI操作畫面的編制。
  • 根據(jù)加熱爐集控的要求，加強鋼坯、設(shè)備故障狀態(tài)的判斷和報警、故障顯示，實現(xiàn)操作畫面風(fēng)格統(tǒng)一，便于操作，信息齊全。
  • 實現(xiàn)鋼坯從入爐輥道到出爐的自動跟蹤，對鋼坯跟蹤與坯號識別系統(tǒng)進(jìn)行通訊，將識別的鋼坯信息讀入一級系統(tǒng)，并根據(jù)輥道運行信號及冷熱檢、視覺位置判斷系統(tǒng)判斷的鋼坯位置信息、入爐溫度信號、爐內(nèi)步進(jìn)梁動作信號、出鋼輥道運行信號、出爐熱檢信息、出爐溫度信號等信息，自動跟蹤鋼坯的位置信息，并在HMI畫面上顯示，通過輥道運行、鋼坯位置檢測信息、電流信號等，自動判斷鋼坯運行狀態(tài)，如果判斷故障，應(yīng)及時停止運行并報警。一級鋼坯自動跟蹤系統(tǒng)可以有效防止二級系統(tǒng)因為網(wǎng)絡(luò)、停機等原因，造成的跟蹤錯誤，并及時判斷鋼坯狀態(tài)，防止因為鋼坯形態(tài)問題，對設(shè)備造成的損壞。
  • 實現(xiàn)與智能化節(jié)能燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的通訊接口，完成節(jié)能燃燒優(yōu)化系統(tǒng)所需檢測信號、控制信號接口通訊和投入退出切換功能。
  • 實現(xiàn)與坯號識別系統(tǒng)、視頻鋼坯位置檢測系統(tǒng)的通訊接口。

• PSTFAI_BA_V1智能化節(jié)能燃燒優(yōu)化系統(tǒng)
  • 主要功能

包含爐溫設(shè)定模型和燃燒控制模型，能實現(xiàn)各段爐溫的自動設(shè)定及爐溫、爐壓、煙溫的自動優(yōu)化控制。

• 各段設(shè)置合適的爐溫：系統(tǒng)根據(jù)要求的軋制溫度、入鋼溫度、鋼種信息、軋制速度等，自動選擇加熱爐加熱制度，實現(xiàn)爐溫的自適應(yīng)溫度設(shè)定，并通過實時跟蹤每個坯料的位置和燃燒溫度，實時通過傳熱計算，獲取各鋼坯溫度，與最佳升溫曲線進(jìn)行比對，對加熱制度設(shè)定值進(jìn)行修正，在均熱段的尾部或加熱爐一機架后設(shè)置的高精度紅外輻射高溫計，測量的每根坯料的出爐溫度，對加熱制度設(shè)定值進(jìn)一步精確修正，使鑄坯不至于過燒，有效降低熱量消耗和坯料的氧化損耗。
• 實現(xiàn)鋼坯在爐內(nèi)物料的跟蹤：實時顯示鋼坯的位置，能夠清晰的區(qū)分每根鋼坯位置，爐內(nèi)不同位置鋼坯的計算溫度，以及鋼坯坯號。
• 實現(xiàn)燃燒系統(tǒng)的自動控制：投入系統(tǒng)后，根據(jù)爐溫設(shè)定模型設(shè)定的各段爐溫，系統(tǒng)將接管各段的煤氣、空氣及廢氣調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行煤氣流量、空氣流量及爐壓、煙氣溫度、排煙風(fēng)機、助燃風(fēng)機的自動控制。
• 優(yōu)化控制加熱爐各段爐溫：充分考慮各段爐溫的控制精度與調(diào)節(jié)閥動作頻次的關(guān)系，有效避免因為如蓄熱式燒嘴換向等周期性爐溫變化，燃燒系統(tǒng)的波動，對較大爐溫偏差應(yīng)能夠快速響應(yīng)，
• 優(yōu)化控制爐壓及煙溫：實現(xiàn)蓄熱式加熱爐爐壓與各段煙溫參數(shù)的有效解耦，保證爐壓與煙溫的有效控制，保證爐壓及燒嘴溫度在合理范圍內(nèi)，以實現(xiàn)加熱爐的熱量利用效率，防止因為爐壓控制不穩(wěn)，引起的加熱爐熱量損失。
• 優(yōu)化修正空燃比：根據(jù)各段煤煙管道上安裝的殘氧量檢測參數(shù)，對各段的空燃比設(shè)定值進(jìn)行修正，保證合理燃燒的空燃比例，提高燃燒效率。
• 實現(xiàn)加熱爐的自動待軋：通過不同待軋時間對應(yīng)的最優(yōu)待軋曲線，實現(xiàn)按照不同的待軋曲線自動降溫待軋，而不需要退出燃燒優(yōu)化系統(tǒng)。
• 爐溫設(shè)定多模式：各段溫度設(shè)定，可以選擇自動設(shè)定和人工設(shè)定模式。
• 適應(yīng)煤氣壓力較大范圍波動：系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置有煤氣壓力波動的優(yōu)化調(diào)節(jié)措施，能夠適應(yīng)煤氣壓力的較大范圍波動。
• 設(shè)置有看門狗通訊判斷程序，來監(jiān)測本系統(tǒng)與一級的通訊情況，如若發(fā)現(xiàn)通訊故障，及時發(fā)出報警，并將加熱爐切出到一級手動操作狀態(tài)。
• 在鑄坯信息輸入較完善的情況下，具有鑄坯生產(chǎn)報表的自動統(tǒng)計和自動生成功能。
• 實現(xiàn)生產(chǎn)報表的生成。對每個班的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，數(shù)據(jù)對比，為指標(biāo)分析以及決策支持提供數(shù)據(jù)支撐。
• 實現(xiàn)節(jié)能減排效果：通過優(yōu)化爐溫設(shè)定值、爐溫精確控制、優(yōu)化空燃比設(shè)定值、合理控制爐壓及燒嘴溫度，實現(xiàn)加熱爐的節(jié)能燃燒。
• 有效控制鋼坯的氧化燒損：通過對爐壓和空燃比的精確控制，以及各段爐溫的合理設(shè)定，有效控制鋼坯的氧化燒損。
• 為軋制工序提供良好的溫度基礎(chǔ)：燃燒優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)能提供穩(wěn)定的鋼坯出爐溫度，為軋制產(chǎn)品的質(zhì)量提供穩(wěn)定的鋼坯溫度基礎(chǔ)。
• 實現(xiàn)了整個燒鋼過程的自動：燒鋼過程中不需要操作人員進(jìn)行燃燒控制，有效的把操作工從低級的勞動力中解放出來。
• 對爐壓控制進(jìn)行優(yōu)化，使?fàn)t壓更加穩(wěn)定，減少因爐壓引起的煙氣外泄或吸入冷空氣的現(xiàn)象，減少熱量損失。

• 硬件設(shè)備的方案

• 各加熱爐段應(yīng)分別設(shè)置煤氣流量、助燃空氣流量、煤氣及空氣調(diào)節(jié)閥，以便于對各爐段爐溫實現(xiàn)精確控制。
• 應(yīng)在各加熱爐入爐輥道附近加裝紅外鋼坯入爐溫度檢測，在均熱段出口附近爐頂或粗軋機架后安裝雙色紅外測溫設(shè)備，以對鋼坯的進(jìn)、出爐鋼坯溫度進(jìn)行檢測，以修正爐溫設(shè)定模型。
• 各加熱爐段應(yīng)合理布置爐溫、燒嘴溫度、各爐段分支管道上煤煙溫度、空煙溫度、煤煙總管溫度、空煙總管溫度等溫度測點。
• 在各加熱段的煤煙支管上加裝殘氧儀（如氧化鋯）。
• 應(yīng)布置爐壓、風(fēng)壓等必要檢測設(shè)備。
• 以上檢測設(shè)備應(yīng)由設(shè)計單位完成檢測系統(tǒng)設(shè)計及設(shè)備廠家供貨。

• 主要性能指標(biāo)

• 燃燒優(yōu)化模型（PSTFAI_BA_V1）的特點

模型的主要特點如下：

• 爐區(qū)坯料跟蹤，可以自動跟蹤爐內(nèi)坯料的具體位置，通過傳熱計算，跟蹤每塊坯料的溫度信息，包括坯料的內(nèi)部溫度信息。
• 各段溫度的自動設(shè)定，系統(tǒng)根據(jù)要求的軋制溫度、入鋼溫度、鋼種信息、軋制速度等信息，自動進(jìn)行溫度給定設(shè)定值優(yōu)化，并實現(xiàn)自適應(yīng)溫度設(shè)定值修正功能。
• 自動待軋?zhí)幚�，�?dāng)出現(xiàn)了待軋情況，溫度設(shè)定模型會按照最佳曲線，進(jìn)行溫度設(shè)定。
• 實現(xiàn)燃燒的自動化，根據(jù)設(shè)定的溫度，各段自動進(jìn)行溫度控制，投入本系統(tǒng)后，系統(tǒng)將接管各段的煤氣、空氣及廢氣調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行煤氣流量、空氣流量及爐壓的自動調(diào)節(jié)。
• 空燃比的自動調(diào)節(jié)，根據(jù)煙氣測得的殘氧量，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)煤氣及空氣的配比，實現(xiàn)節(jié)能燃燒，有效降低鐵損。
• 爐壓的自動控制，系統(tǒng)根據(jù)燃燒過程中，煙溫及爐壓的變化趨勢及周期平均值，采用精確的解耦計算技術(shù)，有效協(xié)調(diào)煙溫及爐壓控制值，使兩個量處于一個最佳的對應(yīng)關(guān)系。
• 實現(xiàn)爐溫的精確控制，根據(jù)換向時間、溫度差大小，自動調(diào)節(jié)各控制參數(shù)，實現(xiàn)爐溫的快速控制。

• PSTFAI_EA智能化檢測系統(tǒng)：

智能化檢測系統(tǒng)包含兩套裝置，鋼坯噴號識別系統(tǒng)及特殊位置鋼坯定位系統(tǒng)兩套裝置。

• 鋼坯噴號識別系統(tǒng)（PSTFAI_EA_NI_V1）

鋼坯噴號識別系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)鋼坯入爐輥道布置安裝在合理的位置，因為入爐鋼坯來源有兩種：a、熱送輥道輸送鋼坯入爐，b、上料臺架鋼坯進(jìn)入入爐輥道再通過輥道入爐，如果使用一套噴號識別系統(tǒng)，需要合理確定安裝位置，也可以考慮安裝分別在熱送輥道和上料臺架分別安裝一套坯號識別系統(tǒng)。

為了提高坯號圖像的處理速度，識別系統(tǒng)采用工業(yè)相機直接連接到圖像服務(wù)器中獨立通道以太網(wǎng)接口，圖像服務(wù)器配置高性能獨立英偉達(dá)GPU來實時完成相機的數(shù)據(jù)處理功能，圖像服務(wù)器應(yīng)于鋼坯輸送系統(tǒng)PLC進(jìn)行通訊，將識別的坯號通訊給PLC系統(tǒng)，由PLC系統(tǒng)做鋼坯跟蹤。

在鋼坯噴號效果較好的情況下，鋼坯噴號識別系統(tǒng)的識別率能夠達(dá)到99.8%，在因為噴碼不清楚或識別系統(tǒng)故障情況下，系統(tǒng)能及時發(fā)出識別錯誤或故障報警。

• 特殊位置鋼坯定位系統(tǒng)（PSTFAI_EA_RI_V1）

在環(huán)境惡劣或無法安裝冷熱檢的特殊位置處，可以利用圖像方法對鋼坯的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，替換輥道上因為溫度、位置等原因，熱檢信號容易損壞或無法安裝等問題。

為了提高坯號圖像的處理速度，識別系統(tǒng)采用高清工業(yè)相機直接連接到圖像服務(wù)器中獨立通道以太網(wǎng)接口，圖像服務(wù)器配置高性能獨立英偉達(dá)GPU來實時完成相機的數(shù)據(jù)處理功能，圖像服務(wù)器應(yīng)于鋼坯輸送系統(tǒng)PLC進(jìn)行通訊，將鋼坯的位置信號通訊給PLC系統(tǒng)，由PLC系統(tǒng)對鋼坯啟停進(jìn)行控制。

利用高清工業(yè)相機鋼坯的定位精度為≤100mm。

• 智能化檢測系統(tǒng)的安裝

智能化檢測系統(tǒng)在現(xiàn)場設(shè)置有相機、光源等系統(tǒng)，在控制室設(shè)置有機柜及圖像處理服務(wù)器，該硬件由智能化檢測系統(tǒng)廠家供貨，安裝有設(shè)計單位完成安裝設(shè)計工作。

• 硬件配置