日照钢铁

加热炉区域智能化软件系统

技 术 方 案

北京普斯通科技有限公司

二0二0年一月

联系人：徐天亮

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• 智能化软件系统概述

本系统可以完成对热轧加热炉区的自动化、智能化优化控制，主要包括基础自动化控制软件系统、智能化节能燃烧优化系统（软件）、智能化监测系统等三部分组成：

• 基础自动化软件系统：

基础自动化软件系统按照设计功能要求，完成基础自动化控制软件部分，智能化钢坯跟踪、燃烧优化基础软件的编制，以及功能调试工作。基础自动化的PLC硬件系统、检测系统、控制设备不属于本系统内容，这部分由加热炉设计单位设计，并由相应单位供货，设计单位按照加热炉区的功能要求，进行入、出炉辊道、炉内步进梁、燃烧系统、汽化冷却系统控制系统的设计及配置。

• 智能化节能燃烧优化PSTFAI_BA_V1系统：

包含了基于加热制度与传热原理的炉温自动设定模型及燃烧优化模型，可以实现炉内钢坯的自动跟踪、各段炉温的自动设定、各段炉温、烟气压力及温度的优化控制。主界面如下：

• 智能化检测PSTFAI_EA_V1系统：

钢坯喷码识别系统（PSTFAI_EA_NI_V1）：可以通过图像识别方法，对入线或入炉钢坯的端部喷号进行自动识别，为实现产品冶炼号、连铸过程、轧制过程的全流程跟踪提供条件。

特殊位置钢坯定位系统（FAI_EA_RI_V1）：可以通过图像识别的方法实现环境恶劣位置钢坯的准确定位，替换辊道上因为温度、位置等原因，热检信号容易损坏或无法安装等问题。

• 各部分智能化软件系统功能介绍：

• 基础自动化软件系统完成的功能
  • 按照设计功能要求完成炉前辊道、上料台架、入炉辊道、炉内步进梁、出炉辊道、出钢辊道、液压站等钢坯运输系统的设备主控制系统的网络配置、软件功能的实现。
  • 按照设计功能要求完成加热炉燃烧系统的参数检测、总管煤气阀、各加热炉段空、煤气阀、烟气温度阀、助燃风机、排烟风机、汽化冷却等主控制系统的网络配置、软件功能的实现。
  • 按照设计功能要求，完成钢坯运输系统和燃烧系统HMI操作画面的编制。
  • 根据加热炉集控的要求，加强钢坯、设备故障状态的判断和报警、故障显示，实现操作画面风格统一，便于操作，信息齐全。
  • 实现钢坯从入炉辊道到出炉的自动跟踪，对钢坯跟踪与坯号识别系统进行通讯，将识别的钢坯信息读入一级系统，并根据辊道运行信号及冷热检、视觉位置判断系统判断的钢坯位置信息、入炉温度信号、炉内步进梁动作信号、出钢辊道运行信号、出炉热检信息、出炉温度信号等信息，自动跟踪钢坯的位置信息，并在HMI画面上显示，通过辊道运行、钢坯位置检测信息、电流信号等，自动判断钢坯运行状态，如果判断故障，应及时停止运行并报警。一级钢坯自动跟踪系统可以有效防止二级系统因为网络、停机等原因，造成的跟踪错误，并及时判断钢坯状态，防止因为钢坯形态问题，对设备造成的损坏。
  • 实现与智能化节能燃烧优化系统的通讯接口，完成节能燃烧优化系统所需检测信号、控制信号接口通讯和投入退出切换功能。
  • 实现与坯号识别系统、视频钢坯位置检测系统的通讯接口。

• PSTFAI_BA_V1智能化节能燃烧优化系统
  • 主要功能

包含炉温设定模型和燃烧控制模型，能实现各段炉温的自动设定及炉温、炉压、烟温的自动优化控制。

• 各段设置合适的炉温：系统根据要求的轧制温度、入钢温度、钢种信息、轧制速度等，自动选择加热炉加热制度，实现炉温的自适应温度设定，并通过实时跟踪每个坯料的位置和燃烧温度，实时通过传热计算，获取各钢坯温度，与最佳升温曲线进行比对，对加热制度设定值进行修正，在均热段的尾部或加热炉一机架后设置的高精度红外辐射高温计，测量的每根坯料的出炉温度，对加热制度设定值进一步精确修正，使铸坯不至于过烧，有效降低热量消耗和坯料的氧化损耗。
• 实现钢坯在炉内物料的跟踪：实时显示钢坯的位置，能够清晰的区分每根钢坯位置，炉内不同位置钢坯的计算温度，以及钢坯坯号。
• 实现燃烧系统的自动控制：投入系统后，根据炉温设定模型设定的各段炉温，系统将接管各段的煤气、空气及废气调节阀，进行煤气流量、空气流量及炉压、烟气温度、排烟风机、助燃风机的自动控制。
• 优化控制加热炉各段炉温：充分考虑各段炉温的控制精度与调节阀动作频次的关系，有效避免因为如蓄热式烧嘴换向等周期性炉温变化，燃烧系统的波动，对较大炉温偏差应能够快速响应，
• 优化控制炉压及烟温：实现蓄热式加热炉炉压与各段烟温参数的有效解耦，保证炉压与烟温的有效控制，保证炉压及烧嘴温度在合理范围内，以实现加热炉的热量利用效率，防止因为炉压控制不稳，引起的加热炉热量损失。
• 优化修正空燃比：根据各段煤烟管道上安装的残氧量检测参数，对各段的空燃比设定值进行修正，保证合理燃烧的空燃比例，提高燃烧效率。
• 实现加热炉的自动待轧：通过不同待轧时间对应的最优待轧曲线，实现按照不同的待轧曲线自动降温待轧，而不需要退出燃烧优化系统。
• 炉温设定多模式：各段温度设定，可以选择自动设定和人工设定模式。
• 适应煤气压力较大范围波动：系统应设置有煤气压力波动的优化调节措施，能够适应煤气压力的较大范围波动。
• 设置有看门狗通讯判断程序，来监测本系统与一级的通讯情况，如若发现通讯故障，及时发出报警，并将加热炉切出到一级手动操作状态。
• 在铸坯信息输入较完善的情况下，具有铸坯生产报表的自动统计和自动生成功能。
• 实现生产报表的生成。对每个班的生产数据进行分类，数据对比，为指标分析以及决策支持提供数据支撑。
• 实现节能减排效果：通过优化炉温设定值、炉温精确控制、优化空燃比设定值、合理控制炉压及烧嘴温度，实现加热炉的节能燃烧。
• 有效控制钢坯的氧化烧损：通过对炉压和空燃比的精确控制，以及各段炉温的合理设定，有效控制钢坯的氧化烧损。
• 为轧制工序提供良好的温度基础：燃烧优化系统应能提供稳定的钢坯出炉温度，为轧制产品的质量提供稳定的钢坯温度基础。
• 实现了整个烧钢过程的自动：烧钢过程中不需要操作人员进行燃烧控制，有效的把操作工从低级的劳动力中解放出来。
• 对炉压控制进行优化，使炉压更加稳定，减少因炉压引起的烟气外泄或吸入冷空气的现象，减少热量损失。

• 硬件设备的方案

• 各加热炉段应分别设置煤气流量、助燃空气流量、煤气及空气调节阀，以便于对各炉段炉温实现精确控制。
• 应在各加热炉入炉辊道附近加装红外钢坯入炉温度检测，在均热段出口附近炉顶或粗轧机架后安装双色红外测温设备，以对钢坯的进、出炉钢坯温度进行检测，以修正炉温设定模型。
• 各加热炉段应合理布置炉温、烧嘴温度、各炉段分支管道上煤烟温度、空烟温度、煤烟总管温度、空烟总管温度等温度测点。
• 在各加热段的煤烟支管上加装残氧仪（如氧化锆）。
• 应布置炉压、风压等必要检测设备。
• 以上检测设备应由设计单位完成检测系统设计及设备厂家供货。

• 主要性能指标

• 燃烧优化模型（PSTFAI_BA_V1）的特点

模型的主要特点如下：

• 炉区坯料跟踪，可以自动跟踪炉内坯料的具体位置，通过传热计算，跟踪每块坯料的温度信息，包括坯料的内部温度信息。
• 各段温度的自动设定，系统根据要求的轧制温度、入钢温度、钢种信息、轧制速度等信息，自动进行温度给定设定值优化，并实现自适应温度设定值修正功能。
• 自动待轧处理，当出现了待轧情况，温度设定模型会按照最佳曲线，进行温度设定。
• 实现燃烧的自动化，根据设定的温度，各段自动进行温度控制，投入本系统后，系统将接管各段的煤气、空气及废气调节阀，进行煤气流量、空气流量及炉压的自动调节。
• 空燃比的自动调节，根据烟气测得的残氧量，系统自动调节煤气及空气的配比，实现节能燃烧，有效降低铁损。
• 炉压的自动控制，系统根据燃烧过程中，烟温及炉压的变化趋势及周期平均值，采用精确的解耦计算技术，有效协调烟温及炉压控制值，使两个量处于一个最佳的对应关系。
• 实现炉温的精确控制，根据换向时间、温度差大小，自动调节各控制参数，实现炉温的快速控制。

• PSTFAI_EA智能化检测系统：

智能化检测系统包含两套装置，钢坯喷号识别系统及特殊位置钢坯定位系统两套装置。

• 钢坯喷号识别系统（PSTFAI_EA_NI_V1）

钢坯喷号识别系统应根据钢坯入炉辊道布置安装在合理的位置，因为入炉钢坯来源有两种：a、热送辊道输送钢坯入炉，b、上料台架钢坯进入入炉辊道再通过辊道入炉，如果使用一套喷号识别系统，需要合理确定安装位置，也可以考虑安装分别在热送辊道和上料台架分别安装一套坯号识别系统。

为了提高坯号图像的处理速度，识别系统采用工业相机直接连接到图像服务器中独立通道以太网接口，图像服务器配置高性能独立英伟达GPU来实时完成相机的数据处理功能，图像服务器应于钢坯输送系统PLC进行通讯，将识别的坯号通讯给PLC系统，由PLC系统做钢坯跟踪。

在钢坯喷号效果较好的情况下，钢坯喷号识别系统的识别率能够达到99.8%，在因为喷码不清楚或识别系统故障情况下，系统能及时发出识别错误或故障报警。

• 特殊位置钢坯定位系统（PSTFAI_EA_RI_V1）

在环境恶劣或无法安装冷热检的特殊位置处，可以利用图像方法对钢坯的位置进行准确定位，替换辊道上因为温度、位置等原因，热检信号容易损坏或无法安装等问题。

为了提高坯号图像的处理速度，识别系统采用高清工业相机直接连接到图像服务器中独立通道以太网接口，图像服务器配置高性能独立英伟达GPU来实时完成相机的数据处理功能，图像服务器应于钢坯输送系统PLC进行通讯，将钢坯的位置信号通讯给PLC系统，由PLC系统对钢坯启停进行控制。

利用高清工业相机钢坯的定位精度为≤100mm。

• 智能化检测系统的安装

智能化检测系统在现场设置有相机、光源等系统，在控制室设置有机柜及图像处理服务器，该硬件由智能化检测系统厂家供货，安装有设计单位完成安装设计工作。

• 硬件配置