方小霞++刘延伟++孙康

[摘 要]本文阐述了邯钢CSP加热炉的概况，对新加热炉二级系统作了简要介绍和描述

[关键词]加热炉 实测炉温 板坯跟踪

中图分类号：TG307 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0102-01

1 前言

邯钢CSP加热炉原计算机系统由德国 LOI 公司提供，二级硬件为 Alpha 服务器， 系统从投产至今已运行了 15 年，系统设备严重老化，而且该产品早已停产，系统运行极不稳定，给生产顺利进行带来很大隐患。对加热炉二级系统升级改造意义重大。新系统由北京科技大学设计研究院有限公司提供。

2 加热炉设备数据

邯钢 CSP 生产线共有 3 座辊底式加热炉，分别位于粗轧机前后，布置如图1。其中，1 线炉和 2 线炉连接铸机与轧机， 按一定的速度向轧机输送板坯， 对板坯进行再加热、均热、保温和缓冲。2#炉的实质是一段供热保温辊道对中间坯进行保温以满足精轧的开轧要求，炉子入口和出口速度分别与粗轧和精轧速度相匹配。

主要参数：入炉温度：870～1030℃（1 线炉和 2 线炉） 出炉温度：1100～1160℃（1 线炉） 980～1130℃（2#炉）

3 系统结构及配置

L2级控制系统的核心设备是1台PC服务器，在线控制3座加热炉（1线炉、2线炉、2#炉）。PC服务器用作过程控制服务器（PCS），主要运行加热炉过程自动化的中间件和应用软件，操作系统为Windows 2012 Server.此外，还在操作室和L2机房共配备了3台L2的HMI终端，方便技术人员对过程计算机系统进行监视、维护和开发。

为了提高服务器的稳定性，配置了冗余电源和风扇。当其中一个电源出现故障时，另一个电源能自动在线切换，不影响系统运行。PCS装有2块300G硬盘，互为镜像，大大提高了数据存储和系统运行的可靠性。

3.1网络结构

加热炉二级与外部系统的通讯主要有与连铸二级的通讯、与轧机二级的通讯和与加热炉一级的通讯，接口均采用 TCP/IP 方式。系统网络图如下图2：

3.2硬件和软件配置

（一）服务器型号：HP ProLiant DL380 G9，机架式

主要硬件参数： 双 CPU，六核处理器 Intel Xeon E5-2620，2.0 GHz，15MB 缓存； 32GB（4×8 GB）内存，PC3L-10600E-DDR3-1333；300GB×2，SAS 2.5 寸硬盘，镜像； HP Smart Array P420i 存储控制器；1000Mbps 四端口服务器专用以太网卡

软件配置：Windows 2012 Server 操作系统；NERCAR PCDP for Windows v3.0 中间件；PCDP HMI Component；MS SQL Server 2012； Office Professional 2010

（二）HMI终端型号：HP 服务器 ProLiant DL320 G8

主要硬件参数：Intel Xeon E3-1220V3 四核 CPU，3.1GHz/8MB/80W/DDR-1333； 1×4GB 内存，PC3-12800E DDR3；500GB，7200 转，3.5 寸，SATA 硬盘；1000Mbps 以太网卡

软件配置如下：Win7 操作系统；Visual Studio 2013；HMI 开发工具Flex Builder

3.3中间件PCDP

中间件是过程自动化系统的核心支撑软件，即应用软件的开发平台和运行环境，加热炉L2系统采用的中间件 PCDP（Process Control Develop Platform）是由北京科技大学高效轧制国家工程研究中心自主研制开发的，主要完成应用系统的进程管理，包括进程的启停、状态监控以及相互之间的通信，具体功能主要包括：

实时数据文件管理可根据需要在服务器物理内存中建立和维护多个小巧的数据表， 供应用程序之间的进行实时数据交换和暂存。进程间通讯管理负责管理不同进程之间的通信。该组件为每一个应用程序进程建立专用的消息队列，以协调各功能模块的启动、调用和入口参数传递。外部通讯管理负责管理主机与其他外部子系统之间的通信链路以及数据收发队列。日志报警管理负责生成和管理应用程序的报警日志信息。变量管理通过在服务器和各HMI终端之间建立一个全局共享的变量集合，方便灵活地实现过程变量的定制、查询和发布。 进程管理负责管理过程自动化系统应用软件的启动、停止、任务守护、出错信息输出和出错点定位，维护每个进程的运行健康状态和内存、CPU时间等统计信息，负责整个控制系统内的时钟同步。

4 二级系统主要功能

4.1 原始数据处理

PDH主要任务是准备板坯原始信息和工艺表的维护。

当连铸机的摆剪切下，形成一块新的板坯头部时，加热炉二级系统将从连铸L2收到初始的板坯数据，包括板坯 ID、尺寸、连铸机号、钢种等参数。当板坯尾部形成时，就可获得最终的板坯数据（板坯实际长度）。如果控制过程需要确定的目标参数和策略，数据将由控制策略模型给出，比如目标出炉温度、炉温设定策略参数等。如果连铸 L2 传送数据出现故障或者数据内容出错，那么系统允许操作人员通过 HMI 输入和编辑。另外，目标参数和策略数据也可由人工从 HMI 干预修改。

4.2 板坯跟踪

板坯跟踪是准确进行模型设定的前提，跟踪的范围从板坯炉内影像产生直至板坯出炉完成。

HTK模块负责整个生产过程中，连铸板坯头部进入尾部离开1、2线过程以及粗轧板坯头部进入尾部离开2#炉过程的板坯跟踪。HTK周期接收L1级上传的实测电文，包括板坯信息和加热炉热电偶信息，更新炉内影像数据区和炉温数据区。同时对L1级上传信号进行逻辑连锁判断，形成功能事件触发其他相应模块进行处理，包括装炉完成、出炉完成、板坯进入摆动段等事件。

4.3板坯温度计算

根据炉温实测值和板坯在炉内的位置，周期计算炉内各板坯的温度分布，并更新 HMI 画面。

板坯在炉内加热过程中，涉及到燃料的燃烧、气体的流动和传热介质等复杂的物理化学过程，还与许多影响因素有关，主要有以下几个方面：炉膛尺寸、炉墙的热特性、板坯尺寸、板坯的热物性、燃料的种类及供热量、空气、燃料预热温度及空燃比、炉气的热特性、炉气的运动、板坯的运动等。板坯温度预报主要涉及的数学模型有：

初始温度分布模型-根据板坯入炉时的实际上表面温度（可从炉子入口高温计获得），确定初始的板坯温度分布。 板坯材质参数模型-用于计算板坯的比热容、导热系数、密度等热物性参数，它们与钢种化学成份和温度有关。炉温分布模型-用于计算炉内各点的温度分布，根据各段热电偶的实测数据计算，包括补偿、回归和插值。

5 结语

通过系统的升级，机器运行稳定性大有提高，新系统功能更加强大，满足了目前生产情况要求。

参考文献

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[2]刘玠、杨卫东、刘文仲编著. 热轧生产自动化技术 冶金工业出版社，2006.

[3]张凯举，邵诚 钢铁工业加热炉先进控制技术及其发展[J].冶金自动化 2003.

[4]温治，夏德宏 轧钢加热炉计算机控制技术的现状及展望 金属世界 2002.