步進(jìn)梁速度智能APC控制在異型鋼加熱爐的應(yīng)用

王毅

（山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪　271104）

信息化建設(shè)

步進(jìn)梁速度智能APC控制在異型鋼加熱爐的應(yīng)用

王毅

（山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪271104）

先尋找到比例閥開度與位移曲線的關(guān)系，再通過速度智能APC控制，抵消掉閥位開度與速度（位移）的非線性關(guān)系，萊鋼自動(dòng)化部自主研發(fā)了異型鋼加熱爐控制系統(tǒng)的步進(jìn)梁速度智能APC控制、液壓比例閥自學(xué)習(xí)模型等?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)用后，步進(jìn)梁控制精度在±1 mm以內(nèi)，且控制性能優(yōu)越，達(dá)到了節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間和成本目的。

加熱爐；速度智能APC控制；自學(xué)習(xí)模型；步進(jìn)梁

1　前言

萊鋼異型鋼加熱爐為步進(jìn)式加熱爐，步進(jìn)梁要求在動(dòng)作過程中速度曲線多變、活動(dòng)梁與固定梁在鋼坯交替時(shí)輕拿輕放，速度曲線平滑無毛刺，無急加速或減速現(xiàn)象。由于比例閥放大器開度與流速的非線性關(guān)系，導(dǎo)致比例閥開度與位移曲線也存在非線性。

目前軋線多品種、多規(guī)格、小批量已成為生產(chǎn)常態(tài)，為適應(yīng)軋線生產(chǎn)節(jié)奏要求，充分發(fā)揮加熱爐加熱效率，可通過提高步進(jìn)梁的動(dòng)作周期和控制精度，來實(shí)現(xiàn)加熱爐的滿負(fù)荷生產(chǎn)，因此在充分研究工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上研發(fā)了步進(jìn)梁速度智能APC控制、液壓比例閥自學(xué)習(xí)模型。

2　系統(tǒng)功能和實(shí)施方案

2.1液壓比例閥自學(xué)習(xí)模型

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)控制要求精度高的液壓閥臺(tái)多采用比例閥，實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，比例閥品牌型號(hào)種類多樣，很多同廠同型號(hào)的比例閥特性曲線都無法保持一致性，現(xiàn)場(chǎng)液壓?jiǎn)栴}的復(fù)雜性影響液壓設(shè)備的控制精度［1］。通過程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)液壓比例閥自學(xué)習(xí)，結(jié)合PDA歷史跟蹤軟件，在不用調(diào)節(jié)比例閥的死區(qū)（偏流）、增益（最大值）基礎(chǔ)上，只需要修改程序參數(shù)，通過程序自學(xué)習(xí)便可找到適合這套比例閥的特性曲線，從而獲得比例閥的相應(yīng)參數(shù)。比例閥控制流程為:

通過液壓比例閥自學(xué)習(xí)模型（見圖1）可知，程序采取固定的掃描周期，比例閥開度從0%勻速累加到100%，自學(xué)習(xí)程序可以根據(jù)速度曲線變化自動(dòng)鎖定速度曲線變化、死區(qū)（偏流）、增益（最大值）。

圖1　液壓比例閥自學(xué)習(xí)模型

液壓比例閥自學(xué)習(xí)模型速度公式為:

式中:Sn為第n個(gè)掃描周期所移動(dòng)的距離，Sn-1為第n-1個(gè)掃描周期所移動(dòng)的距離，t為固定掃描周期。

由圖1可知，對(duì)步進(jìn)梁平移速度曲線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以清楚地看到前進(jìn)過程中比例閥在-40%開度時(shí)平移液壓缸開始前進(jìn)，在比例閥-80%開度時(shí)，平移液壓缸達(dá)到最大前進(jìn)速度。后退過程中比例閥在10%開度時(shí)，平移液壓缸開始后退，在比例閥50%開度時(shí)，平移液壓缸達(dá)到最大后退速度。

比例閥4WRZE廠家樣本如圖3所示。通過對(duì)比，可得知比例閥特性曲線有很大不同。

圖2　廠家樣本4WRZE曲線

2.2步進(jìn)梁速度智能APC控制

獲取比例閥閥位開度與速度V的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)后，為步進(jìn)梁速度智能控制奠定基礎(chǔ)。首先步進(jìn)梁速度變化通過液壓比例閥控制，通過編程，比例閥內(nèi)部斜坡發(fā)生器、階躍函數(shù)發(fā)生器、加法器的功能完全通過程序替代，參數(shù)可直接在程序中修改［2］。

采用速度智能APC控制的公式為:

式中:f（x）為實(shí)時(shí)速度，X為實(shí)時(shí)位移，K為比例系數(shù)，a為實(shí)數(shù)。

如圖3所示，通過調(diào)節(jié)實(shí)數(shù)a，可以得到不同的f（x）曲線，可以彌補(bǔ)閥位開度與速度的非線性關(guān)系。

圖3　步進(jìn)梁速度智能APC公式f（x）曲線

閥位開度的理想曲線見圖4，IBA軟件實(shí)際曲線見圖5。通過實(shí)際對(duì)比發(fā)現(xiàn)，雖然比例閥開度和實(shí)際位移按照線性公式給定，但I(xiàn)BA跟蹤軟件顯示，現(xiàn)場(chǎng)液壓設(shè)備實(shí)際位移并非線性關(guān)系。

圖4　理想曲線

圖5　IBA軟件實(shí)際曲線

另外，通過采用線性公式與速度智能APC控制公式（見圖6）方框中標(biāo)示的圖形可以明顯看出，采用速度智能APC控制的速度曲線，在加速、減速過程中位移曲線平滑，無鋸齒，無急速上升、下降情況，控制精度在±1 mm。

通過步進(jìn)梁動(dòng)作周期對(duì)應(yīng)表（見表1）可知，優(yōu)化前步進(jìn)梁總時(shí)間48.22 s，優(yōu)化后總時(shí)間33.67 s，節(jié)省14.55 s，同比縮短30.17%的動(dòng)作時(shí)間。

圖6　采用線性公式與速度智能APC控制公式實(shí)際曲線對(duì)比

表1　步進(jìn)梁動(dòng)作周期對(duì)應(yīng)s

3　方案特點(diǎn)

1）可以確定比例閥運(yùn)行時(shí)的特性曲線，使其比例閥控制更加精確。2）減少了比例閥內(nèi)部設(shè)置，比例閥死區(qū)（偏流）、增益（最大值）、放大器斜率無需設(shè)置。通過比例閥自學(xué)習(xí)程序?qū)ふ冶壤y死區(qū)（偏流）、增益（最大值）。通過程序在線修改比例閥放大板斜率。3）通過程序可以對(duì)放大板增加無數(shù)個(gè)斜率，優(yōu)于比例閥最多16通道斜率功能。4）避免了比例閥品牌不同、型號(hào)不同、液壓站狀態(tài)不同等因素對(duì)實(shí)際應(yīng)用所造成的影響。

4　結(jié)語

異型鋼加熱爐控制系統(tǒng)通過液壓比例閥自學(xué)習(xí)模型與步進(jìn)梁速度智能控制技術(shù)相結(jié)合的方式，取得了良好的效果，步進(jìn)梁控制精度及速度顯著提高，精度控制在±1 mm，時(shí)間同比縮短30%，提高加熱爐的出鋼節(jié)奏，降低鋼坯的氧化燒損和能耗，減少溫室氣體的排放，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

［1］陳奎生，傅連東，易建鋼，等.非對(duì)稱泵缸系統(tǒng)模型跟蹤控制研究［M］.北京:中國(guó)機(jī)械工程，2005.

［2］李國(guó)勇.智能控制及其MATLAB實(shí)現(xiàn)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

Abstrraacctt::The control of speed intelligent APC of the walking beam and the self-learning model of hydraulic proportion valve were researched and developed independently in Laiwu Steel.Firstly，the relationship between the openings of the proportional valve and the displacement curve was found.Secondly，the non-linear relationship between the openings of valve position and speed（distance）was offset by the control of speed intelligent APC.So，it can ensure the precision of the walking beam control within plus or minus one millimeter，and the control performance is superior，the purpose of saving production time can be achieved.

Key worrddss::heating furnace；speed intelligent APC control；self-learning model；walking beam

Application of Speed Intelligent APC Control of Walking Beam in Special Shaped Steel Heating Furnace

WANG Yi
（The Automation Department of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China）

TG334.9

B

1004-4620（2016）05-0055-02

2016-05-10

王毅，男，1984年生，2005年畢業(yè)于青島濱海學(xué)院應(yīng)用電子專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部工程師，從事自動(dòng)化控制應(yīng)用與維護(hù)工作。