電氣系統(tǒng)在加熱爐步進(jìn)梁工段中的應(yīng)用

師建剛　栗保嶺　楊陽(yáng)

摘要：本文對(duì)加熱爐步進(jìn)梁的工藝部分和控制原理作了說(shuō)明，并對(duì)該工段的電氣系統(tǒng)構(gòu)成、電氣設(shè)備的使用及工藝控制模式等方面作了簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：電氣系統(tǒng)；步進(jìn)梁工段；控制；功能

1概述

加熱爐步進(jìn)梁區(qū)域位于高溫生產(chǎn)環(huán)境，步進(jìn)梁機(jī)構(gòu)由一套支撐步進(jìn)梁的上面部分的主體框架和一套在斜臺(tái)軌上運(yùn)動(dòng)用于支持上半部框架的下半部框架組成。步進(jìn)梁的提升主框架通過(guò)4個(gè)液壓缸協(xié)同動(dòng)作，步進(jìn)梁的平移主框架通過(guò)1個(gè)液壓缸動(dòng)作，這些缸的供油由主泵通過(guò)方向閥，比例控制閥和壓力開(kāi)關(guān)供給。步進(jìn)梁的動(dòng)作由現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)、液壓缸、檢測(cè)傳感器、PLC系統(tǒng)、液壓電磁閥等聯(lián)合控制。電氣技術(shù)在加熱爐步進(jìn)梁工段的使用可以及時(shí)有效的預(yù)防和排除企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中即將出現(xiàn)的安全問(wèn)題，避免安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，確保企業(yè)安全生產(chǎn)。

2 工藝概述和控制原理

2.1工藝概述

坯料將被由一連串由立柱支持的水梁結(jié)構(gòu)來(lái)支撐，這個(gè)水梁結(jié)構(gòu)由一連串沿爐寬方向穿插布置的固定式梁和活動(dòng)式梁構(gòu)成，并且利用先進(jìn)的汽化冷卻工藝來(lái)維持機(jī)械強(qiáng)度。

坯料放置在固定梁上，并且將被活動(dòng)梁在執(zhí)行矩形軌跡循環(huán)中提升和前移。這樣，坯料被運(yùn)送穿過(guò)這個(gè)由耐材和鋼結(jié)構(gòu)組成，并分成許多加熱區(qū)的加熱爐。因此，同坯料從裝鋼側(cè)經(jīng)過(guò)每一個(gè)區(qū)域傳送到出鋼側(cè)一樣，它們逐漸加熱到預(yù)期的溫度。順控設(shè)備和與之相關(guān)聯(lián)的電氣設(shè)備主要包括如下幾個(gè)部分：裝鋼輥道、裝鋼爐門(mén)設(shè)備、裝鋼機(jī)設(shè)備、對(duì)中設(shè)備、步進(jìn)梁設(shè)備、出鋼爐門(mén)設(shè)備、出鋼機(jī)設(shè)備、出鋼輥道設(shè)備、液壓設(shè)備、干油設(shè)備等。

2.2控制原理

當(dāng)坯料裝鋼完畢，并且出鋼的連鎖裝置允許的情況下，由加熱爐步進(jìn)梁PLC發(fā)送一個(gè)循環(huán)（一步）的命令并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)梁執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。所有加熱爐步進(jìn)梁的上升動(dòng)作和下降動(dòng)作、前進(jìn)動(dòng)作和后退動(dòng)作等都由PLC控制相應(yīng)的液壓系統(tǒng)的液壓電磁閥完成，電磁閥控制液壓油路的通與斷，最終控制液壓缸的動(dòng)作。所有平移動(dòng)作的檢測(cè)均由傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)并反饋到加熱爐步進(jìn)梁的PLC相關(guān)模塊的點(diǎn)位上。每一塊將要出爐的坯料的寬度、長(zhǎng)度和位置從這些值被檢測(cè)時(shí)就被存入PLC的程序塊中，每塊坯料穿過(guò)加熱爐時(shí)都會(huì)被跟蹤，并生成相關(guān)原初數(shù)據(jù)。

在所有模式下，步進(jìn)梁動(dòng)作后，步進(jìn)梁的一次動(dòng)作行程發(fā)送到L2級(jí)計(jì)算機(jī)（過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)并且由PLC系統(tǒng)跟蹤校正。

3電氣系統(tǒng)構(gòu)成

加熱爐步進(jìn)梁的統(tǒng)的一級(jí)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)由步進(jìn)梁機(jī)構(gòu)電氣傳動(dòng)部分及裝鋼、出鋼電氣傳動(dòng)部分等控制站組成。

加熱爐步進(jìn)梁機(jī)構(gòu)的電氣室內(nèi)有1個(gè)西門(mén)子S7-400_PLC主控柜和裝鋼、出鋼遠(yuǎn)程I/O柜?？拷鲣摍C(jī)機(jī)有液壓機(jī)室，現(xiàn)場(chǎng)布置有LCP柜（就地控制柜）和控制盤(pán)。

步進(jìn)梁機(jī)構(gòu)電氣控制部分PLC為S7_414帶5個(gè)IM153-2從站，實(shí)現(xiàn)輥道的順控，坯料在入爐輥道上的定位控制，步進(jìn)梁動(dòng)作控制的功能。

步進(jìn)梁的平移運(yùn)動(dòng)由現(xiàn)場(chǎng)液壓缸和液壓比例方向控制閥控制，液壓比例方向控制閥的信號(hào)線(xiàn)接入到信息放大器，由信息放大器接收PLC模擬量輸出模塊發(fā)出的前進(jìn)、后退的高、低速度信號(hào)，平移的高、低速度能分別達(dá)到100mm/s、13mm/s。

步進(jìn)梁的垂直運(yùn)動(dòng)（提升和下降）由一套現(xiàn)場(chǎng)的液壓缸、一套液壓方向電磁閥和液壓比例方向控制閥來(lái)綜合控制。液壓方向電磁閥接收PLC下面連接的開(kāi)關(guān)量輸出卡件發(fā)出提升、下降信號(hào)，配合比例方向控制閥的信號(hào)共同控制液壓缸的運(yùn)行方向和速度。垂直運(yùn)動(dòng)的高、中、低速能分別達(dá)到13mm/s、10mm/s、4mm/s。

在主控室內(nèi)設(shè)HMI交互系統(tǒng)，監(jiān)控人員通過(guò)視頻監(jiān)控屏，就可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器、電動(dòng)閥、電機(jī)等設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和遠(yuǎn)程設(shè)備動(dòng)作的控制。

4電氣設(shè)備的使用

步進(jìn)梁的控制是靠現(xiàn)場(chǎng)線(xiàn)性位移傳感器來(lái)檢測(cè)的，數(shù)量一共兩個(gè)，上升、下降動(dòng)作行程的檢測(cè)需要一個(gè)，平移（前進(jìn)、后退）動(dòng)作行程檢測(cè)需要一個(gè)，當(dāng)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓缸執(zhí)行伸出、縮回動(dòng)作時(shí)，其位置主要由線(xiàn)性位移傳感器檢測(cè)。除此之外，還可以靠現(xiàn)場(chǎng)的限位開(kāi)關(guān)限定液壓缸的極限位置，這兩種檢測(cè)電氣元件在程序邏輯控制上屬于“或”的關(guān)系，一般情況下程序控制優(yōu)先選擇采用線(xiàn)性位移傳感器檢測(cè)液壓缸位置信號(hào)，因?yàn)椴捎镁€(xiàn)性位移傳感器采集的數(shù)值精確，一旦傳感器出現(xiàn)問(wèn)題，程序邏輯才啟用限位開(kāi)關(guān)作為控制的位置檢測(cè)信號(hào)。由于加熱爐步進(jìn)梁現(xiàn)場(chǎng)屬于高溫環(huán)境，這就要求現(xiàn)場(chǎng)安裝的限位開(kāi)關(guān)和線(xiàn)性位移傳感器不但要?jiǎng)幼鳒?zhǔn)確、靈敏可靠，更要能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)高溫的作業(yè)環(huán)境。

現(xiàn)場(chǎng)的壓力、溫度變送器都是重要的檢測(cè)元件，目前一些高端的電氣元件具有狀態(tài)自檢報(bào)警功能，現(xiàn)場(chǎng)部分電氣元件具有人機(jī)交互界面，技術(shù)人員可以通過(guò)操作界面對(duì)電氣元件的參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，并可以讀取歷史數(shù)據(jù)、查看當(dāng)前工作狀態(tài)等。

激光探測(cè)儀位于加熱爐出口檢測(cè)坯料前沿并且啟動(dòng)超出計(jì)算。板坯前沿的精確位置在步進(jìn)梁完成循環(huán)后馬上得知（預(yù)測(cè)值，坯料前部被激光檢測(cè)到的部分的橫坐標(biāo)）。

電氣檢測(cè)元件如變頻器、電機(jī)保護(hù)器一般都具有通訊接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的電氣通訊協(xié)議，能將檢測(cè)的電壓或電流信號(hào)傳遞到上一級(jí)控制系統(tǒng)或是顯示儀表。

步進(jìn)梁的控制控制系統(tǒng)采用的編程軟件、監(jiān)控軟件、PLC硬件、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)硬件都有內(nèi)部診斷功能，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備儀表或是硬件在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障或運(yùn)行參數(shù)異常時(shí)，控制中心監(jiān)控屏幕的監(jiān)控畫(huà)面會(huì)立即閃爍并提示故障點(diǎn)的故障原因。

5控制模式

在手動(dòng)模式下，操作員直接通過(guò)爐下的控制盤(pán)或者HMI交互界面上的按鈕控制步進(jìn)梁的動(dòng)作。在手動(dòng)模式下，設(shè)備的動(dòng)作只能在低速下運(yùn)行，而在自動(dòng)模式下，步進(jìn)梁在沒(méi)有任何手動(dòng)操作需求的情況下執(zhí)行連續(xù)可靠的動(dòng)作。

在半自動(dòng)模式下，操作員通過(guò)自動(dòng)時(shí)序命令執(zhí)行步進(jìn)梁動(dòng)作。在自動(dòng)模式下，操作員可以通過(guò)HMI交互界面上專(zhuān)門(mén)的按鈕開(kāi)關(guān)切換到L2級(jí)計(jì)算機(jī)，由L2級(jí)計(jì)算機(jī)下達(dá)生產(chǎn)指令參數(shù)。

現(xiàn)場(chǎng)操作人員觸動(dòng)任何事故急停按鈕，所有設(shè)備單元立即停止，步進(jìn)梁各自系統(tǒng)的當(dāng)前的信息都發(fā)送給PLC，并且所有自動(dòng)循環(huán)中斷。消除故障后，步進(jìn)梁動(dòng)作必須在手動(dòng)模式下完成。為了再次操作這些單元進(jìn)入自動(dòng)模式，啟動(dòng)條件必須再次得到滿(mǎn)足。

6結(jié)束語(yǔ)

隨著電氣技術(shù)不斷的進(jìn)步的發(fā)展，促使國(guó)內(nèi)的鋼鐵行業(yè)朝著更智能、更環(huán)保、更高速的方向發(fā)展，而電氣技術(shù)融入到加熱爐步進(jìn)梁工段的過(guò)程中，使該工段的機(jī)械動(dòng)作和設(shè)備運(yùn)行變得更加智能和有序并且安全可控。

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作者簡(jiǎn)介：師建剛（1980-），男，漢族，籍貫：河北省邯鄲市，學(xué)歷：本科，職務(wù)：助理工程師，方向：從事現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備的維檢工作。