一、全氢罩式退火炉简介

1、概述

全氢罩式炉是一种退火工艺水平很高的罩式退火设备，具有生产效率高、退火产品质量优，介质、能量消耗低等优点，是改善和提高冷轧产品特别是冷轧带钢表面质量的重要设备，在冷轧产品的生产中得到了普遍应用。

2、罩式炉退火工艺过程简述

全氢罩式炉设备包括炉台、内罩、加热罩和冷却罩。其工艺过程如下：炉台装料，放置内罩并利用液压装置压紧内罩；检验H2阀和炉台内罩密封性，确保系统安全；用氮气吹扫内罩内空气，使内罩内氧含量减少到1%以下，为通入氢气做好准备；在内罩外放置加热罩，内罩和加热罩之间为燃烧区间，用空气吹扫燃烧区间的残余煤气。当内罩内氧含量低于1%时，开始加热点火；并用氢气置换内罩的氮气实现全氢气氛退火过程；退火过程的加热段、均热段，控制氢气流量吹扫；热密封测试；带加热罩冷却；吊走加热罩/热辐散/安装冷却罩；冷却罩冷却、喷淋水冷却；用氮气吹扫炉内氢气；钢卷吊运出炉。

二、全氢罩式退火炉改造前存在的问题

该厂冷轧罩式炉的全氢罩式退火炉控制系统年代久远，备品备件无法购买；原系统也不能支撑目前的生产管理系统，必须进行控制系统的改造升级，满足现代化生产要求。

三、控制系统改造方案设计

1、概述

根据原有工艺技术和该厂控制技术要求，，对原全氢罩式退火炉的控制系统进行改造升级。新的自动控制系统以退火温度曲线为目标，实现退火过程的温度模糊控制。运行结果表明该自动控制系统升级改造成功，不但减少故障吹扫率，而且提高全氢罩式炉的生产率，实现了全氢罩式炉退火过程的自动化和信息化。

2、控制系统设计方案

根据全氢罩式炉工艺的特点和实施自动控制的需要，自动化系统架构采用两级控制系统和三级网络系统。两级控制系统即过程控制计算机（L2）系统和基础自动化（L1）系统组成；三级网络由过程控制级以太网、基础自动化（L1）级以太网及设备级现场总线组成，各分布式I/O站与控制器间以PROFIBUS总线连接。

按最优性价比的标准，选择西门子S7系列PLC系统为基础自动化系统，控制系统设计为一套PLC控制2台全氢罩式退火炉的系统模式，系统包括组成分布式3个I/O站（炉台阀站ET200M、加热罩ET200M、冷却罩ET200M）、现场总线、OP操作面板和监控显示系统。在L1高速以太网上设置了2台服务器，2台前置数据采集机，1台开发站，2台操作站。2台服务器配置2块3COM通用以太网卡，一个网卡与前置机进行数据通讯，另一网卡与监控操作员站进行数据交换，以服务器与客户端的形式完成监控数据的交换和传递。2台前置数据采集计算机1台正常工作，另1台热备冗余，并配置双网卡，一个网卡与21套PLC进行数据通讯，另一网卡与监控操作员站和数据库计算机进行数据交换。其中历史数据库服务器，主要提供历史数据保存和访问，信息服务器主要为实时数据提供访问，供操作画面与PLC的数据通讯。监控软件采用WONDERWARE公司的IAS版本，以客户/服务器方式工作，完全能够满足冷轧39座罩式炉的工艺监控操作、报警消息、历史数据归档、实时数据、退火曲线显示等要求。

L2系统包括一台数据服务器和1个操作员站，一个维护站，主要实现历史数据存储，退火曲线的管理，与冷轧L3系统的联接。

3、该控制方案的特点

自动控制系统开放性好，采用分布式I/O控制方案，提高了控制系统的可靠性和抗干扰能力，同时又降低控制系统造价，达到合理配置的目的。控制系统特点如下：

（1）可靠性高

采用分布式I/O，PLC、通信网络和分布式I/O之间相互实行电气隔离，可彻底防止任一设备故障而影响网络中其他设备的正常工作，可随时从网络中解除或挂入，而不影响网络系统的运行，信号连接线短，就地处理信号，引入干扰小；模块供电分散也可以有效地减少由于电源引入的干扰，或电源故障而引起的系统故障。

（2）灵活性好

由于工艺改变而需增加信号时，只要将新增信号接入附近分布式I/O柜即可，施工方便。

（3）具有明显的经济效益

和集中控制方案相比，采用分布式I/O控制方案，可以节省很多电缆投资，所有需进PLC柜的信号接至现场分布式I/O柜即可，从分布式I/O柜到PLC柜只需一根电源线和一根通信网络电缆，敷设电缆所需的安装材料及人力也可大量减少。此控制系统的PLC配置有效地发挥PLC自身的功能和优势，并降低系统造价，提高系统的可扩展性、可靠性和实用性。

（4）系统开发性好

自动化系统硬件设备、软件的选型、网络配置，遵循通用性强、开放性好的原则，便于今后软件的开发、移植、系统升级以及硬件扩展。