帶鋼廠加熱爐推鋼機(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)的應(yīng)用

劉 嵩

摘要 針對加熱爐推鋼機(jī)控制系統(tǒng)，尋找或是采取一種利用比較先進(jìn)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(xiàng)目就是通過對帶鋼車間加熱爐推鋼機(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)的應(yīng)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(jī)時(shí)間，達(dá)到完全滿足生產(chǎn)工藝的要求。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)定位；控制精度；編碼器

中圖分類號TM762 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)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(jìn)梁式結(jié)構(gòu)，對推鋼機(jī)的定位精度，行走精度要求都是極為嚴(yán)格的。

1 控制過程及問題

在整個(gè)加熱爐區(qū)，推鋼機(jī)定位控制系統(tǒng)是可以說是整個(gè)爐區(qū)的諸多設(shè)備中的核心設(shè)備。推鋼機(jī)定位系統(tǒng)的控制過程為：2CS操作臺中的操作步進(jìn)梁自動(dòng)開關(guān)以及推鋼機(jī)機(jī)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(jī)的正反轉(zhuǎn)以達(dá)到控制推鋼機(jī)行走和后退。由整個(gè)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及生產(chǎn)中的實(shí)際運(yùn)行可知，該控制系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)方面的問題。

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

2）推鋼機(jī)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(jī)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(yùn)行一段時(shí)間后，由于連結(jié)部位的磨損間隙增大，其檢測到的實(shí)際位置信號會(huì)發(fā)生很大的變化，由此維護(hù)人員要根據(jù)實(shí)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(shí)還會(huì)因開關(guān)觸點(diǎn)接觸不良發(fā)生檢測不到位置信號的嚴(yán)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(jī)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(yīng)現(xiàn)行的需要；

5）在爐區(qū)設(shè)備中運(yùn)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(jī)行走，出料機(jī)抬起，挑料機(jī)等設(shè)備。這些設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀和推鋼機(jī)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(jìn)行控制技術(shù)的改造，成為一個(gè)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(jī)的自動(dòng)，精確定位進(jìn)行適應(yīng)生產(chǎn)的改造，同時(shí)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(jī)自動(dòng)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(dòng)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(jì)數(shù)器，YZR200L-8，13kW型交流電機(jī)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(jī)軸連接，該編碼器每轉(zhuǎn)輸出600碼，實(shí)際檢測推鋼機(jī)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(jì)算為：2280mm/55200=0.04mm/個(gè)，即旋轉(zhuǎn)編碼器每個(gè)脈沖實(shí)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(dòng)單元等設(shè)備安全運(yùn)行的情況下，調(diào)整變頻器的制動(dòng)時(shí)間為0.3s，即推鋼機(jī)電機(jī)可以在0.3s內(nèi)完成制動(dòng)停止。該交流電機(jī)為YZR200L-8，13kW型，其轉(zhuǎn)速為748r/min。在0.3s制動(dòng)時(shí)間內(nèi)編碼器實(shí)際輸出脈沖為：0.3X12.6X600=2268個(gè)，在實(shí)際預(yù)置計(jì)數(shù)器值時(shí)減去該值以修正實(shí)際行程值。

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

2.2 技術(shù)方案實(shí)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(shí)現(xiàn)對電機(jī)的速度控制。其控制精度與定位精度都達(dá)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(jì)數(shù)器的2個(gè)計(jì)數(shù)輸入端。將計(jì)數(shù)器的第1個(gè)預(yù)值設(shè)為推鋼機(jī)的實(shí)際行程，將第2個(gè)預(yù)值設(shè)定為其行程的減速點(diǎn)，計(jì)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(jī)“前限位I”和“推鋼機(jī)后限位I”在程序中組成推鋼機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)。PLC通過DP網(wǎng)絡(luò)控制變頻器的運(yùn)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(dòng)推鋼機(jī)電機(jī)前進(jìn)；當(dāng)推鋼機(jī)前進(jìn)至減速點(diǎn)位置時(shí)，計(jì)數(shù)器第2路預(yù)值達(dá)到，使其驅(qū)動(dòng)電機(jī)在40Hz頻率下減速運(yùn)行。電機(jī)減速運(yùn)行到形成限位時(shí)，計(jì)數(shù)器的第1路預(yù)值輸出即“前限位I”輸入PLC內(nèi)，程序運(yùn)行輸出前進(jìn)停止信號，變頻器在0.3s內(nèi)停止電機(jī)運(yùn)行。計(jì)數(shù)器的第1路預(yù)值輸出即“前限位I”作為計(jì)數(shù)器的復(fù)位，清零信號。同理推鋼機(jī)在后退時(shí)依然會(huì)按照設(shè)定的行程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位。

圖1

2.2.2 安全技術(shù)保障

在實(shí)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(huì)立即輸出信號，停止變頻器運(yùn)行；2）該卡同時(shí)可以監(jiān)控電機(jī)速度是否異常，保證電機(jī)不發(fā)生失速故障，行程不受控；3）作為計(jì)數(shù)器的清零，復(fù)位輸出信號的組成部分。

3 實(shí)施效果及結(jié)論

此項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于研究推鋼機(jī)自動(dòng)定位控制系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的準(zhǔn)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(jī)由于定位不準(zhǔn)確造成的粘鋼事故，以及影響出鋼機(jī)出鋼節(jié)奏，調(diào)整機(jī)械限位等故障時(shí)間，可以說改造效果十分顯著。同時(shí)維護(hù)人員的工作量大為降低，每次機(jī)械維護(hù)人員在更換出料桿或者是維護(hù)出料桿，需要重新微調(diào)推鋼機(jī)行程時(shí)只要在控制柜內(nèi)改變計(jì)數(shù)器的第1預(yù)值即可。進(jìn)而使調(diào)整限位工作變得十分簡單可靠，同時(shí)避免了過去必須在設(shè)備開動(dòng)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(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)項(xiàng)目實(shí)施后，在提高區(qū)域設(shè)備運(yùn)行可靠性的同時(shí)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，帶鋼車間加熱爐推鋼機(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)投入正常的生產(chǎn)使用，各項(xiàng)功能與技術(shù)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到了改造的預(yù)期目的，實(shí)現(xiàn)了高效，可靠，先進(jìn)的自動(dòng)定位控制系統(tǒng)。帶鋼車間加熱爐推鋼機(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)通過對帶鋼車間加熱爐推鋼機(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)的應(yīng)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(jī)時(shí)間，達(dá)到了生產(chǎn)工藝的要求。

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