帶鋼廠加熱爐推鋼機自動定位系統(tǒng)的應用

劉 嵩

摘要 針對加熱爐推鋼機控制系統(tǒng)，尋找或是采取一種利用比較先進的控制理念、成熟的控制技術(shù)、高質(zhì)量的控制元器件，完全可以有效的解決制約生產(chǎn)節(jié)奏的瓶頸。該項目就是通過對帶鋼車間加熱爐推鋼機自動定位系統(tǒng)的應用與開發(fā)，大幅度提高設(shè)備的控制精度，降低設(shè)備故障停機時間，達到完全滿足生產(chǎn)工藝的要求。

關(guān)鍵詞 自動定位；控制精度；編碼器

中圖分類號TM762 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）67-0111-02

0 引言

本文系作者在參與福建吳航800不銹帶鋼調(diào)試過程中加熱爐推鋼機定位系統(tǒng)遇到的問題及改造方案的介紹。該加熱爐采用步進梁式結(jié)構(gòu)，對推鋼機的定位精度，行走精度要求都是極為嚴格的。

1 控制過程及問題

在整個加熱爐區(qū)，推鋼機定位控制系統(tǒng)是可以說是整個爐區(qū)的諸多設(shè)備中的核心設(shè)備。推鋼機定位系統(tǒng)的控制過程為：2CS操作臺中的操作步進梁自動開關(guān)以及推鋼機機械式位置檢測信號都由控制電纜連接到操作臺中的ET200分站中，通過現(xiàn)場總線經(jīng)由PLC（6ES7315-2AG10-0AB0）內(nèi)部程序處理后通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綘t區(qū)2CS操作臺的ET200分站。在主電室內(nèi)由接觸器控制YZR200L-8，13KW型交流電機的正反轉(zhuǎn)以達到控制推鋼機行走和后退。由整個控制系統(tǒng)的構(gòu)成及生產(chǎn)中的實際運行可知，該控制系統(tǒng)主要存在以下幾個方面的問題。

1）推鋼機的推料桿為兩個2.8m共4.2t重的機械部件組裝而成，推鋼機實際行程為2.28m，推鋼機電機的運行時間為12.4s。該交流電機控制部分采用接觸器直接啟動，如此重的行走部件要在如此短的時間內(nèi)完成啟動，加速，后退再停止，其運動慣性對設(shè)備的沖擊損壞是十分嚴重的。且其慣性很大，對于停止時的位置定位不是很穩(wěn)定；

2）推鋼機行程定位的關(guān)鍵檢測元器件為：LS212-P63MDW1型限位開關(guān)，該開關(guān)由于工作性質(zhì)及加工精度的原因，其必須要連結(jié)在電機減速箱端。由其工作性質(zhì)決定這樣的定位系統(tǒng)存在很大的定位誤差，并且在運行一段時間后，由于連結(jié)部位的磨損間隙增大，其檢測到的實際位置信號會發(fā)生很大的變化，由此維護人員要根據(jù)實際情況經(jīng)常調(diào)整限位開關(guān)的定位位置，以滿足生產(chǎn)需要；

3）LS212-P63MDW1型限位開關(guān)由于技術(shù)落后，特別是由于一些備件的加工精度較差，在更換使用后經(jīng)常發(fā)生位置信號移位的故障，有時還會因開關(guān)觸點接觸不良發(fā)生檢測不到位置信號的嚴重事故。因此采用一種新的控制模式以及新的控制元器件勢在必行；

4）采用現(xiàn)行的控制技術(shù)已不能完全滿足生產(chǎn)工藝的需求，隨著生產(chǎn)節(jié)奏的加快，由于推鋼機故障事故的頻頻產(chǎn)生，原來那些控制技術(shù)落后的設(shè)備已不能適應現(xiàn)行的需要；

5）在爐區(qū)設(shè)備中運行著大量的需要精確定位的電氣設(shè)備，比如出料爐門，出料機行走，出料機抬起，挑料機等設(shè)備。這些設(shè)備的運行現(xiàn)狀和推鋼機一樣存在著諸如此類的問題，采取何種控制模式對這些設(shè)備進行控制技術(shù)的改造，成為一個新的課題。

針對以上問題，我們決定采取新的控制技術(shù)利用新的控制元器件，對推鋼機的自動，精確定位進行適應生產(chǎn)的改造，同時讓該控制技術(shù)成為一種成熟的可以大范圍利用的新控制模式。

2 技術(shù)方案

2.1 總體技術(shù)思路

帶鋼車間加熱爐推鋼機自動定位電氣控制系統(tǒng)主要組成為：西門子S7300PLC，ET200M，西門子6SE6430-2UD42-5GB0型變頻器，CD4045B型制動單元，ABB公司GJE-2型每轉(zhuǎn)600碼旋轉(zhuǎn)編碼器，歐姆龍公司H7CY型雙路計數(shù)器，YZR200L-8，13kW型交流電機等設(shè)備。

GJE-2型旋轉(zhuǎn)編碼器通過軟連接方式直接與電機軸連接，該編碼器每轉(zhuǎn)輸出600碼，實際檢測推鋼機行程為2.28m，在該行程中編碼器共輸出55200碼，則其檢測精度計算為：2280mm/55200=0.04mm/個，即旋轉(zhuǎn)編碼器每個脈沖實際控制精度保證在0.1m級。

在保證6SE6430-2UD42-5GB0型變頻控制器與CD4045B型制動單元等設(shè)備安全運行的情況下，調(diào)整變頻器的制動時間為0.3s，即推鋼機電機可以在0.3s內(nèi)完成制動停止。該交流電機為YZR200L-8，13kW型，其轉(zhuǎn)速為748r/min。在0.3s制動時間內(nèi)編碼器實際輸出脈沖為：0.3X12.6X600=2268個，在實際預置計數(shù)器值時減去該值以修正實際行程值。

在推鋼機形成為1.7m時，計數(shù)器的第2路預值輸出信號作為電機的減速信號，控制變頻器輸出頻率為40Hz，保證電機在比較低的轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)可靠減速，到達極限位時PLC輸出控制機械式液壓抱閘器抱死，從而使其在規(guī)定時間內(nèi)完全停止運行，消除誤差。

2.2 技術(shù)方案實現(xiàn)

2.2.1 控制技術(shù)

本系統(tǒng)中PLC通過DP網(wǎng)絡(luò)與變頻器通訊，通過編碼器定位實現(xiàn)對電機的速度控制。其控制精度與定位精度都達到了很好的效果。其原理圖如圖1，圖2所示。

將GJE-2型旋轉(zhuǎn)編碼器的A路輸出信號，分別接在H7CX型雙路計數(shù)器的2個計數(shù)輸入端。將計數(shù)器的第1個預值設(shè)為推鋼機的實際行程，將第2個預值設(shè)定為其行程的減速點，計數(shù)器的第1路輸出信號輸入操作臺內(nèi)ET200M模塊中，作為PLC程序中推鋼機“前限位I”和“推鋼機后限位I”在程序中組成推鋼機自動運行系統(tǒng)。PLC通過DP網(wǎng)絡(luò)控制變頻器的運行，即變頻器在PLC的速度給定下以設(shè)定的第1工作頻率50HZ驅(qū)動推鋼機電機前進；當推鋼機前進至減速點位置時，計數(shù)器第2路預值達到，使其驅(qū)動電機在40Hz頻率下減速運行。電機減速運行到形成限位時，計數(shù)器的第1路預值輸出即“前限位I”輸入PLC內(nèi)，程序運行輸出前進停止信號，變頻器在0.3s內(nèi)停止電機運行。計數(shù)器的第1路預值輸出即“前限位I”作為計數(shù)器的復位，清零信號。同理推鋼機在后退時依然會按照設(shè)定的行程實現(xiàn)自動定位。

圖1

2.2.2 安全技術(shù)保障

在實際使用中為6SE6430-2UD42-5GB0型變頻控制器加裝一塊速度PG采集卡，其作用為：1）將編碼器的B路脈沖信號輸入到該卡，監(jiān)控編碼器輸出信號是否正常，一旦編碼器信號異常，該卡會立即輸出信號，停止變頻器運行；2）該卡同時可以監(jiān)控電機速度是否異常，保證電機不發(fā)生失速故障，行程不受控；3）作為計數(shù)器的清零，復位輸出信號的組成部分。

3 實施效果及結(jié)論

此項目的創(chuàng)新點在于研究推鋼機自動定位控制系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的準確定位，控制精度得到了可靠的提升，為快節(jié)奏的生產(chǎn)提供了可靠的保障。相比較改造前推鋼機由于定位不準確造成的粘鋼事故，以及影響出鋼機出鋼節(jié)奏，調(diào)整機械限位等故障時間，可以說改造效果十分顯著。同時維護人員的工作量大為降低，每次機械維護人員在更換出料桿或者是維護出料桿，需要重新微調(diào)推鋼機行程時只要在控制柜內(nèi)改變計數(shù)器的第1預值即可。進而使調(diào)整限位工作變得十分簡單可靠，同時避免了過去必須在設(shè)備開動的情況下工作而易造成的人身傷害事故。

圖2

帶鋼車間加熱爐推鋼機自動定位系統(tǒng)的應用與開發(fā)項目實施后，在提高區(qū)域設(shè)備運行可靠性的同時創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益，帶鋼車間加熱爐推鋼機自動定位系統(tǒng)的應用與開發(fā)投入正常的生產(chǎn)使用，各項功能與技術(shù)參數(shù)指標均達到了改造的預期目的，實現(xiàn)了高效，可靠，先進的自動定位控制系統(tǒng)。帶鋼車間加熱爐推鋼機自動定位系統(tǒng)通過對帶鋼車間加熱爐推鋼機自動定位系統(tǒng)的應用與開發(fā)，大幅度提高設(shè)備的控制精度，降低設(shè)備故障停機時間，達到了生產(chǎn)工藝的要求。

參考文獻

[1]吳濤.加熱爐推鋼機自動定位系統(tǒng)的開發(fā)與應用[J].電氣傳動，2010(7).

[2]朱彩惠,裴注茗.全鋼子午胎H8/C6壓出聯(lián)動生產(chǎn)線前后端的改進[J].中國橡膠，2010(2).

[3]張君.加熱爐爐門升降液壓系統(tǒng)的一次故障分析與排除[J].液壓與氣動，2010(2).