步進(jìn)式加熱爐爐內(nèi)鋼坯傳送的自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用及探討

于成龍

（萊鋼集團(tuán)自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）

步進(jìn)式加熱爐爐內(nèi)鋼坯傳送的自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用及探討

于成龍

（萊鋼集團(tuán)自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）

本文主要介紹山西壺關(guān)高速線材生產(chǎn)線步進(jìn)式加熱爐爐內(nèi)鋼坯的傳送以及鋼坯的行程糾偏和信息跟蹤技術(shù)。

步進(jìn)式加熱爐；鋼坯傳送；行程糾偏；鋼坯跟蹤

0 前言

山西壺關(guān)常平高速線材生產(chǎn)線加熱爐為蓄熱式步進(jìn)加熱爐，其過(guò)程控制采用電氣控制、儀表控制和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制三電一體化實(shí)現(xiàn)。其中計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括鋼坯傳送自動(dòng)控制和燃燒自動(dòng)控制這兩部分，全部采用西門子PLC控制完成，監(jiān)控畫面由WINCC開發(fā)完成。本文主要介紹爐內(nèi)鋼坯的自動(dòng)傳送及行程糾偏和鋼坯信息跟蹤。

1 工藝概述

壺關(guān)常平高線步進(jìn)式加熱爐為側(cè)進(jìn)側(cè)出式，鋼坯在入爐側(cè)爐內(nèi)懸臂輥道進(jìn)行準(zhǔn)確定位后，由推鋼式裝鋼機(jī)將鋼坯推送到步進(jìn)梁的特定位置，然后通過(guò)步進(jìn)梁的步進(jìn)動(dòng)作，將鋼坯一步步運(yùn)送到出爐側(cè)爐內(nèi)懸臂輥道上，再通過(guò)輥道的運(yùn)轉(zhuǎn)將鋼坯輸出到軋機(jī)進(jìn)行軋制。由于出爐側(cè)沒(méi)有檢測(cè)元件對(duì)鋼坯位置進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，也沒(méi)有出鋼機(jī)等設(shè)備來(lái)取送鋼坯，因此要求步進(jìn)梁的行程控制必須非常準(zhǔn)確，以保證鋼坯可以正好放到出爐懸臂輥中心上；同時(shí)對(duì)鋼坯信息必須進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤，以判斷爐內(nèi)裝鋼位和出鋼位是否有鋼坯存在。

2 控制功能

2.1 系統(tǒng)配置

鋼坯傳送自動(dòng)控制系統(tǒng)采用S7-300系列PLC，主要由PLC主機(jī)架、遠(yuǎn)程I/O站ET200、操作站、網(wǎng)絡(luò)等組成。其與燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)和操作員站通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，主機(jī)架和遠(yuǎn)程站ET200通過(guò)PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。網(wǎng)絡(luò)配置如圖1所示：

2.2 軟件功能

圖1 網(wǎng)絡(luò)配置圖

2.2.1 爐內(nèi)鋼坯傳送

爐內(nèi)鋼坯的傳送通過(guò)步進(jìn)梁的步進(jìn)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)梁由固定梁和活動(dòng)梁組成，活動(dòng)梁由平移框架、升降框架、升降/平移滾輪裝置、升降/平移定心裝置、升降液壓缸裝置、平移液壓缸裝置、斜軌等組成。升降框架用來(lái)支撐加熱爐平移框架和平移框架上的活動(dòng)梁及爐內(nèi)的鋼坯等動(dòng)負(fù)荷，升降框架與平移框架共同做步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，把鋼坯從裝料側(cè)一步步向前移動(dòng)，并最后將鋼坯放到出爐懸臂輥中心上。

升降框架和平移框架通過(guò)液壓缸實(shí)現(xiàn)升降和平移動(dòng)作。升降缸有中間慢速過(guò)程，平移缸有緩啟緩?fù)９δ?，其速度調(diào)節(jié)都通過(guò)液壓比例閥實(shí)現(xiàn)。升降缸和平移缸各有一套線性位移傳感器，用以檢測(cè)液壓缸的移動(dòng)距離。步進(jìn)梁的矩形運(yùn)動(dòng)軌跡及速度控制如圖2所示：

圖2 步進(jìn)梁運(yùn)動(dòng)軌跡及速度曲線

2.2.2 鋼坯行程糾偏

步進(jìn)梁在進(jìn)退過(guò)程中，為了確保每前進(jìn)一步的準(zhǔn)確性以及物料跟蹤的正確性，需要在步進(jìn)梁前進(jìn)過(guò)程中對(duì)步距進(jìn)行隨時(shí)地自動(dòng)補(bǔ)償。由于慣性以及機(jī)械設(shè)備、比例閥響應(yīng)時(shí)間等方面原因，步進(jìn)梁在某一步可能實(shí)際行程與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)步距有微小差別。因此有必要對(duì)步進(jìn)梁下一步的前進(jìn)目標(biāo)值作出補(bǔ)償，以便有效保證鋼坯在爐長(zhǎng)方向運(yùn)動(dòng)步距的準(zhǔn)確性、可預(yù)見(jiàn)性。

首先根據(jù)步進(jìn)梁在一個(gè)步進(jìn)周期中，上升到中間位置和下降到中間位置的線性位移傳感器的差值計(jì)算出鋼坯在該運(yùn)動(dòng)周期中實(shí)際運(yùn)動(dòng)的距離，并與標(biāo)準(zhǔn)步距進(jìn)行比較，計(jì)算出該鋼坯的前進(jìn)誤差及累積誤差，根據(jù)該步前進(jìn)誤差進(jìn)行下一步的前進(jìn)目標(biāo)值補(bǔ)償。

標(biāo)準(zhǔn)步距為：S；第i+1步目標(biāo)值為：S-erri；發(fā)出停止命令位置：S-erri-ERRi；實(shí)際行程為：si+1；誤差為：erri+1=Si+1-（S-erri）；累積誤差為：ERRi+1=ERRi+erri+1；

第i+2步目標(biāo)值為：S-erri+1；發(fā)出停止命令位置：S-erri+1-ERRi+1；實(shí)際行程為：Si+2；誤差為：erri+2=Si+2-（S-erri+1）；累積誤差為：ERRi+2=ERRi+1+erri+2；

第i+j步目標(biāo)值為：S-erri+j-1；發(fā)出停止命令位置：S-erri+j-1-ERRi+j-1；實(shí)際行程為：Si+j；誤差為：erri+j=Si+j-（S-erri+j-1）；累積誤差為：ERRi+j=ERRi+j-1+erri+j；

則：Si+1=erri+1+（S-erri）

Si+2=erri+2+（S-erri+1）

Si+j=erri+j+（S-erri+j-1）

則鋼坯步進(jìn)j步后，其總行程W為：

W=Si+1+Si+2+…+Si+j

=erri+1+（S-erri）+erri+2+（S-erri+1）+erri+j+（S-erri+j-1）

=j*S-erri+erri+j

≈j*S

erri和erri+j作為第i步和第i+j步的行程誤差，數(shù)值相當(dāng)小，因此可省略不計(jì)，由以上公式可見(jiàn)經(jīng)過(guò)j步后，鋼坯實(shí)際停止位置和理論停止位置相當(dāng)，鋼坯的行程糾偏功能得以完美實(shí)現(xiàn)。這樣就能保證經(jīng)過(guò)一系列步進(jìn)動(dòng)作后，步進(jìn)梁能夠?qū)撆髡梅庞诔鰻t懸臂輥的中心位置。

2.2.3 鋼坯信息跟蹤

對(duì)于山西壺關(guān)常平高線加熱爐而言，由于出鋼位置沒(méi)有檢測(cè)元件，因此對(duì)出鋼位置是否有鋼的判斷只能通過(guò)對(duì)鋼坯信息的準(zhǔn)確跟蹤來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先根據(jù)爐內(nèi)最多存放鋼坯的數(shù)量，做一數(shù)據(jù)塊用于存放各位置鋼坯位置參數(shù)，當(dāng)推鋼式裝鋼機(jī)上料完成時(shí)，認(rèn)為第一位置有鋼，并且將該鋼坯位置參數(shù)存放于數(shù)據(jù)塊的第一個(gè)實(shí)型寄存器內(nèi)。步進(jìn)梁每完成一個(gè)步進(jìn)動(dòng)作，便觸發(fā)一次指針尋址功能，將數(shù)據(jù)塊內(nèi)寄存器的數(shù)據(jù)向后一寄存器傳送，并將第一個(gè)實(shí)型寄存器內(nèi)進(jìn)行清零。這樣便可準(zhǔn)確判斷爐內(nèi)每支鋼坯的確切位置以及爐內(nèi)裝鋼情況。

當(dāng)某一寄存器內(nèi)的鋼坯位置參數(shù)顯示出該鋼坯距離出爐懸臂輥的間距小于步進(jìn)梁一個(gè)步距時(shí)，便認(rèn)為出料位置有鋼坯存在，并且可以根據(jù)這個(gè)距離的大小進(jìn)行步進(jìn)梁步距的自動(dòng)調(diào)整。

山西壺關(guān)常平高線步進(jìn)式加熱爐自2007年7月份正式投產(chǎn)以來(lái)，自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，控制可靠，行程精準(zhǔn)。通過(guò)步進(jìn)梁的行程糾偏，可以使鋼坯在步進(jìn)梁上的位移穩(wěn)定，對(duì)二級(jí)燒鋼模型的建立和應(yīng)用、鋼坯的加熱都起到重要作用，并且可以使鋼坯的出鋼位置基本固定，對(duì)于出鋼穩(wěn)定也起到重要作用。

The use and discuss of Autom ation control technique in bloom converter of step-heating furnace

Yu Cheng long
（The Autom ation Departm en t of Laiwu Iron and Steel Group，Laiwu 271104）

This article mainly introduced that in the step-heating furnace of Shanxi Huguan high speed wire production line，how to convert the bloom、correct the stroke and track the bloom’s information.

Step-heating furnace；Bloom converter；Stroke correction；Bloom’s information tracking

3 結(jié)束語(yǔ)