日照鋼鐵

加熱爐區域智能化軟件系統

技 術 方 案

北京普斯通科技有限公司

二0二0年一月

聯系人：徐天亮

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• 智能化軟件系統概述

本系統可以完成對熱軋加熱爐區的自動化、智能化優化控制，主要包括基礎自動化控制軟件系統、智能化節能燃燒優化系統（軟件）、智能化監測系統等三部分組成：

• 基礎自動化軟件系統：

基礎自動化軟件系統按照設計功能要求，完成基礎自動化控制軟件部分，智能化鋼坯跟蹤、燃燒優化基礎軟件的編制，以及功能調試工作。基礎自動化的PLC硬件系統、檢測系統、控制設備不屬于本系統內容，這部分由加熱爐設計單位設計，并由相應單位供貨，設計單位按照加熱爐區的功能要求，進行入、出爐輥道、爐內步進梁、燃燒系統、汽化冷卻系統控制系統的設計及配置。

• 智能化節能燃燒優化PSTFAI_BA_V1系統：

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

• 智能化檢測PSTFAI_EA_V1系統：

鋼坯噴碼識別系統（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行自動識別，為實現產品冶煉號、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（FAI_EA_RI_V1）：可以通過圖像識別的方法實現環境惡劣位置鋼坯的準確定位，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功能介紹：

• 基礎自動化軟件系統完成的功能
  • 按照設計功能要求完成爐前輥道、上料臺架、入爐輥道、爐內步進梁、出爐輥道、出鋼輥道、液壓站等鋼坯運輸系統的設備主控制系統的網絡配置、軟件功能的實現。
  • 按照設計功能要求完成加熱爐燃燒系統的參數檢測、總管煤氣閥、各加熱爐段空、煤氣閥、煙氣溫度閥、助燃風機、排煙風機、汽化冷卻等主控制系統的網絡配置、軟件功能的實現。
  • 按照設計功能要求，完成鋼坯運輸系統和燃燒系統HMI操作畫面的編制。
  • 根據加熱爐集控的要求，加強鋼坯、設備故障狀態的判斷和報警、故障顯示，實現操作畫面風格統一，便于操作，信息齊全。
  • 實現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進行通訊，將識別的鋼坯信息讀入一級系統，并根據輥道運行信號及冷熱檢、視覺位置判斷系統判斷的鋼坯位置信息、入爐溫度信號、爐內步進梁動作信號、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，如果判斷故障，應及時停止運行并報警。一級鋼坯自動跟蹤系統可以有效防止二級系統因為網絡、停機等原因，造成的跟蹤錯誤，并及時判斷鋼坯狀態，防止因為鋼坯形態問題，對設備造成的損壞。
  • 實現與智能化節能燃燒優化系統的通訊接口，完成節能燃燒優化系統所需檢測信號、控制信號接口通訊和投入退出切換功能。
  • 實現與坯號識別系統、視頻鋼坯位置檢測系統的通訊接口。

• PSTFAI_BA_V1智能化節能燃燒優化系統
  • 主要功能

包含爐溫設定模型和燃燒控制模型，能實現各段爐溫的自動設定及爐溫、爐壓、煙溫的自動優化控制。

• 各段設置合適的爐溫：系統根據要求的軋制溫度、入鋼溫度、鋼種信息、軋制速度等，自動選擇加熱爐加熱制度，實現爐溫的自適應溫度設定，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，與最佳升溫曲線進行比對，對加熱制度設定值進行修正，在均熱段的尾部或加熱爐一機架后設置的高精度紅外輻射高溫計，測量的每根坯料的出爐溫度，對加熱制度設定值進一步精確修正，使鑄坯不至于過燒，有效降低熱量消耗和坯料的氧化損耗。
• 實現鋼坯在爐內物料的跟蹤：實時顯示鋼坯的位置，能夠清晰的區分每根鋼坯位置，爐內不同位置鋼坯的計算溫度，以及鋼坯坯號。
• 實現燃燒系統的自動控制：投入系統后，根據爐溫設定模型設定的各段爐溫，系統將接管各段的煤氣、空氣及廢氣調節閥，進行煤氣流量、空氣流量及爐壓、煙氣溫度、排煙風機、助燃風機的自動控制。
• 優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節閥動作頻次的關系，有效避免因為如蓄熱式燒嘴換向等周期性爐溫變化，燃燒系統的波動，對較大爐溫偏差應能夠快速響應，
• 優化控制爐壓及煙溫：實現蓄熱式加熱爐爐壓與各段煙溫參數的有效解耦，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，以實現加熱爐的熱量利用效率，防止因為爐壓控制不穩，引起的加熱爐熱量損失。
• 優化修正空燃比：根據各段煤煙管道上安裝的殘氧量檢測參數，對各段的空燃比設定值進行修正，保證合理燃燒的空燃比例，提高燃燒效率。
• 實現加熱爐的自動待軋：通過不同待軋時間對應的最優待軋曲線，實現按照不同的待軋曲線自動降溫待軋，而不需要退出燃燒優化系統。
• 爐溫設定多模式：各段溫度設定，可以選擇自動設定和人工設定模式。
• 適應煤氣壓力較大范圍波動：系統應設置有煤氣壓力波動的優化調節措施，能夠適應煤氣壓力的較大范圍波動。
• 設置有看門狗通訊判斷程序，來監測本系統與一級的通訊情況，如若發現通訊故障，及時發出報警，并將加熱爐切出到一級手動操作狀態。
• 在鑄坯信息輸入較完善的情況下，具有鑄坯生產報表的自動統計和自動生成功能。
• 實現生產報表的生成。對每個班的生產數據進行分類，數據對比，為指標分析以及決策支持提供數據支撐。
• 實現節能減排效果：通過優化爐溫設定值、爐溫精確控制、優化空燃比設定值、合理控制爐壓及燒嘴溫度，實現加熱爐的節能燃燒。
• 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：燃燒優化系統應能提供穩定的鋼坯出爐溫度，為軋制產品的質量提供穩定的鋼坯溫度基礎。
• 實現了整個燒鋼過程的自動：燒鋼過程中不需要操作人員進行燃燒控制，有效的把操作工從低級的勞動力中解放出來。
• 對爐壓控制進行優化，使爐壓更加穩定，減少因爐壓引起的煙氣外泄或吸入冷空氣的現象，減少熱量損失。

• 硬件設備的方案

• 各加熱爐段應分別設置煤氣流量、助燃空氣流量、煤氣及空氣調節閥，以便于對各爐段爐溫實現精確控制。
• 應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備，以對鋼坯的進、出爐鋼坯溫度進行檢測，以修正爐溫設定模型。
• 各加熱爐段應合理布置爐溫、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）。
• 應布置爐壓、風壓等必要檢測設備。
• 以上檢測設備應由設計單位完成檢測系統設計及設備廠家供貨。

• 主要性能指標

• 燃燒優化模型（PSTFAI_BA_V1）的特點

模型的主要特點如下：

• 爐區坯料跟蹤，可以自動跟蹤爐內坯料的具體位置，通過傳熱計算，跟蹤每塊坯料的溫度信息，包括坯料的內部溫度信息。
• 各段溫度的自動設定，系統根據要求的軋制溫度、入鋼溫度、鋼種信息、軋制速度等信息，自動進行溫度給定設定值優化，并實現自適應溫度設定值修正功能。
• 自動待軋處理，當出現了待軋情況，溫度設定模型會按照最佳曲線，進行溫度設定。
• 實現燃燒的自動化，根據設定的溫度，各段自動進行溫度控制，投入本系統后，系統將接管各段的煤氣、空氣及廢氣調節閥，進行煤氣流量、空氣流量及爐壓的自動調節。
• 空燃比的自動調節，根據煙氣測得的殘氧量，系統自動調節煤氣及空氣的配比，實現節能燃燒，有效降低鐵損。
• 爐壓的自動控制，系統根據燃燒過程中，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，有效協調煙溫及爐壓控制值，使兩個量處于一個最佳的對應關系。
• 實現爐溫的精確控制，根據換向時間、溫度差大小，自動調節各控制參數，實現爐溫的快速控制。

• PSTFAI_EA智能化檢測系統：

智能化檢測系統包含兩套裝置，鋼坯噴號識別系統及特殊位置鋼坯定位系統兩套裝置。

• 鋼坯噴號識別系統（PSTFAI_EA_NI_V1）

鋼坯噴號識別系統應根據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、上料臺架鋼坯進入入爐輥道再通過輥道入爐，如果使用一套噴號識別系統，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。

為了提高坯號圖像的處理速度，識別系統采用工業相機直接連接到圖像服務器中獨立通道以太網接口，圖像服務器配置高性能獨立英偉達GPU來實時完成相機的數據處理功能，圖像服務器應于鋼坯輸送系統PLC進行通訊，將識別的坯號通訊給PLC系統，由PLC系統做鋼坯跟蹤。

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

• 特殊位置鋼坯定位系統（PSTFAI_EA_RI_V1）

在環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行準確定位，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，識別系統采用高清工業相機直接連接到圖像服務器中獨立通道以太網接口，圖像服務器配置高性能獨立英偉達GPU來實時完成相機的數據處理功能，圖像服務器應于鋼坯輸送系統PLC進行通訊，將鋼坯的位置信號通訊給PLC系統，由PLC系統對鋼坯啟停進行控制。

利用高清工業相機鋼坯的定位精度為≤100mm。

• 智能化檢測系統的安裝

智能化檢測系統在現場設置有相機、光源等系統，在控制室設置有機柜及圖像處理服務器，該硬件由智能化檢測系統廠家供貨，安裝有設計單位完成安裝設計工作。

• 硬件配置