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1  引言

 环形加热炉的炉底呈环形，在炉底驱动装置的作用下承载工件由进料门旋转至出料门，再由出料机从出料炉门将加热好的工件取出。在工件随炉底运动过程中通过炉墙、炉顶等处的烧嘴加热达到合格的出料温度，并满足温度均匀性要求，其入炉坯料不受形状和尺寸限制，适用于钢锭、盘形件和管坯工件的加热，因此上个世纪从60年代以来得到了广泛采用，成为管坯工件加热的主要炉型。

为满足产品的加热工艺要求，特设计出φ4.8m的环形加热炉，为保证环形炉的佳生产状况，我们采用PLC和Kingview6.51对其控制系统进行设计。

2 环形加热炉结构简介及控制要求

2.1环形加热炉结构简介

环形加热炉由炉底回转机构、炉体、炉体钢结构、燃烧系统、炉门及炉门升降机构、水冷系统、排烟系统、液压系统、控制系统等组成。可以对规格为φ121×134、φ114×222、φ299×348、φ273×615、

φ130×500的坯料进行加工，加热温度为1050～1200℃±10，炉子中径为φ4.8m，其燃料种类为城市煤气，共分7个供热段，其中加热段3个，均热段3个，预热段1个。

环形炉炉体主要由旋转炉底、固定炉墙和钢结构组成。主要工艺流程如下:接到装料信号后，装料炉门打开，机械手根据炉前上料辊道上的工件长度调整抓钢位置，再将工件送到炉内指定位置，然后机械手回到装料起始位置，装料炉门关闭，工件在炉内加热，旋转炉底按要求转动，并将已加热好的工件送到出料炉门位置，接到水压机工作信号后，出料炉门打开，机械手将工件取出并放到出料辊道上，送往水压机，完成工件的装料、加热、出料过程。

系统结构示意图如图1所示。

图1  环形加热炉系统结构图

2.2环形加热炉的控制要求

（1）炉温控制

系统由进料门、预热段、加热段、均热段和出料门组成,其中进料门和预热段根据工艺要求只设温度检测及显示，加热段和均热段的智能仪表接受检测热电偶及变送单元传送的标准信号，通过PID参数的比较与计算输出执行信号，控制空燃比例调节阀的开启度，此阀安装于空气输送管上，调空气流量的同时，自力式煤气调压阀受控于空气压力，预混比按比例变化，实现对炉温的控制。系统烟气温度、空气预热温度、循环水温度、液压油温度也分别由热电偶、热电阻、电接点检测显示并与设定值比较，超限报警，并在故障时快速切断供气阀，保障系统设备的安全。

（2）机械联动控制

机械联动控制包括液压系统控制、炉底转动节拍、速度调节、炉门开启、炉底正转反转、炉底转动联锁控制等内容。控制系统同时具有自动与手动转换功能，且手动控制高于自动控制。风机、煤气切断阀和烧嘴控制器之间设有故障联锁，当风机故障时必须关闭煤气切断阀和停止烧嘴控制输出。点火时首先进行炉膛吹扫工作以保证系统设备的安全。

控制系统满足上述两方面要求的同时，要求上位机实时记录各区温度、炉温超限、冷却水温度超限、液压油温度超限、烧嘴熄火、煤气空气压力超限、转动故障及其它机械故障等内容，并有丰富的动态画面显示。烧嘴点火控制与机械联锁控制均由PLC统一控制完成,并由上位机实行实时监控。

3  控制系统设计

加热炉控制系统的设计必须便于操作和维护，同时要大程度的满足实际生产的工艺需求，因此我们采用炉温控制系统分二区采用比例燃烧调节方式，实现温度和空燃比例的自动控制，温度记录采用上位机记录、打印机输出；机械运动采用PLC程序控制，自动控制炉底回转运动，节拍可调，并通过上位机进行实时记录与控制。

3.1系统硬件设计

该控制系统主要由PLC控制站和工作人员管理操作站组成，其中PLC控制站完成对生产过程数据的采集、处理，工作人员管理操作站则负责生产过程参数显示、监控、设置和控制程序的编制和维护，上位计算机采用研华工控机IPC-610P-PIII（配有UPS电源），打印机EPSON-1600K一台，均设在工作人员管理操作站。下位机则采用西门子S7-300编程软件，上位机和S7-300通过以太网与PLC通信。

3.2系统软件设计

控制系统的软件设计包括下位机和上位机两部分，下位机采用西门子S7-300编程软件PLC进行编程，上位机人机界面利用组态王6.51完成。

3.2.1系统控制流程图

系统控制流程图如图2所示。

图2 系统控制流程图

3.2.2上位机人机界面设计

计算机监控显示系统是采用组态王软件开发的一套计算机监控系统。它实时向PLC采集现场信息，并把这些信息以图形的方式直观地显示在计算机屏幕上以达到实时监控的目的。系统分为通信系统部分、显示系统部分和组态王信息窗口部分。

通信系统负责计算机和PLC 的实时通信。 显示系统在实际运行中是通过通信系统系统和PLC交换数据的，通信系统是一个基于bbbbbbs的应用程序, 通过RS232接口实现的，并在信息窗口中报告数据的传递情况。

显示系统把从PLC采集到的现场信息以图形方式显示在屏幕上。“组态王信息窗口”是一个独立的bbbbbbs应用程序，用来显示系统的运行状态，包括系统的启动、关闭、运行模式； 驱动程序的启动、关闭；与PLC连接的状态等。

（1）主画面

主画面主要对环形加热炉生产实际情况进行监控，主要根据产品工艺要求设置参数，通过PLC处理及数据传输后对进出料、炉门运作、实时显示各被测区域温度参数和压力参数、烧嘴的点火、燃烧和故障状态、系统正常运转和急停指示状态、鼓风机运转、管路、报警等情况进行显示，便于在故障发生时操作人员能够及时准确地明确问题所在，并采取合理有效的防预措施。具体如图3所示。

（2）温度控制

温度控制主要包括温度历史曲线和温度历史纪录两部分。温度历史纪录主要对环形炉各工作区的温度进行实时纪录，根据需要以Excel或Word形式进行输出。 

温度历史曲线则是在温度历史纪录得基础上，将环形炉各工作区在实际生产中的工作温度以曲线的形式输出，一目了然，便于数据分析和故障查找。具体显示如图4所示。

（3）帮助

帮助主要从监控系统简介、监控系统得使用方法、显示图例说明、开发包和运行包简介、系统维护和计算机硬件配置等方面进行了详细介绍。

（4）管路和报警

管路主要对助燃空气、煤气、压缩空气的比例、传输、压力、燃烧状态进行监控。而报警系统主要在各区温度、压力参数反馈的基础上进行监控，如果发生超压则自动启动报警。

图3  环形炉计算机监控系统人机界面效果图\

图4 温度历史曲线图4  结束语

PLC和Kingview6.51在环形加热炉控制系统加以应用后，降低了工作人员的劳动强度，提高了系统运行的稳定性。而组态Kingview6.51具有使用方便简单，界面直观，有强大的报表、记录功能，控件丰富。系统运行环境是bbbbbbs 98 (中文) 或 bbbbbbs 2000(中文) 操作系统，可操作性强。在生产过程中运行良好。

10) 在PC侧可以使用邮件客户端软件来接收邮件，本例使用WINDOWS 下的OUTLOOK作为邮件的接收端。如图42，在OUTLOOK增加电子邮件账户，用户名、密码使用IMAIL服务器侧分配；服务器地址192.168.0.20。
11) 如图43，OUTLOOK作为邮件客户端，支持POP3来从服务器侧接收邮件，所有属于本用户的邮件将读取到OUTLOOK。

图41

图42

图43