?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)的研究

秦 靜

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300301）

0 引言

?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)直接影響進(jìn)出料操作安全，實(shí)現(xiàn)對鋼板在爐內(nèi)的加熱時(shí)間、爐溫控制等影響熱處理產(chǎn)品質(zhì)量的控制。對于大多數(shù)鋼板生產(chǎn)廠家而言，熱處理爐主要使用輥底式傳動(dòng)方式，其所使用的跟蹤控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式和功能十分重要。本文主要從以該系統(tǒng)的硬件組成、鋼板跟蹤控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)以及鋼板跟蹤控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果分別進(jìn)行相應(yīng)分析。重點(diǎn)闡述了鋼板跟蹤控制系統(tǒng)的以下四方面基本功能的實(shí)現(xiàn)：（1）鋼板在?；癄t運(yùn)行過程當(dāng)中所處的位置；（2）根據(jù)鋼板所在的位置來設(shè)置輥道的速度，確保鋼板在常化爐內(nèi)的加工時(shí)間得到保證；（3）在?；癄t內(nèi)放置電光管實(shí)現(xiàn)鋼板的自動(dòng)校正；（4）確保常化爐內(nèi)兩塊相鄰的鋼板不會(huì)發(fā)生任何接觸和碰撞。

本文主要從3個(gè)方面對于常化爐鋼板跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)行深入分析。

1 硬件組成

一般而言，?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備包括以下設(shè)備：控制器、輥道、變頻器、調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置。以下對于這些設(shè)備參數(shù)、規(guī)格進(jìn)行詳細(xì)分析說明。

正常情況下，?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)所采用的控制器為西門子公司型號為416-2DP的PLC。?；癄t大多采用的是單輥傳動(dòng)，輥?zhàn)訑?shù)量控制到180根。每一個(gè)輥道都需要通過變頻器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，一般采用西門子6SE70系列的變頻器驅(qū)動(dòng)，且變頻器是通過總線與PLC進(jìn)行連接，輥道數(shù)量過多時(shí)，為避免發(fā)生擁堵掉線，需要分別設(shè)計(jì)3組DP總線。調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置主要分為PZD部分和PKW部分。

2 鋼板跟蹤控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

經(jīng)過筆者長期的研究發(fā)現(xiàn)，常化爐鋼板控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)相對而言比較復(fù)雜。要想更加高效地實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能，可將?；癄t鋼板控制系統(tǒng)分為3個(gè)不同的模塊分別展開設(shè)計(jì)。第一層模塊：通訊接口模塊，該層模塊僅可實(shí)現(xiàn)PLC與變頻器之間的通訊，兵流出接口為上層組件提供一定的服務(wù)，而不具備實(shí)現(xiàn)任何的業(yè)務(wù)邏輯功能；第二層模塊的主要功能在于實(shí)現(xiàn)最基本的鋼板跟蹤業(yè)務(wù)邏輯；第三層模塊建立在之前兩層模塊的功能基礎(chǔ)之上，是可實(shí)現(xiàn)完整鋼板跟蹤功能的模塊。以下主要對于變頻器通訊接口模塊、維護(hù)鋼板信息表模塊以及最終系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)模塊3個(gè)方面分別進(jìn)行詳細(xì)的分析，以下為詳細(xì)內(nèi)容。

2.1 變頻器通訊接口模塊

變頻器通訊接口模塊主要實(shí)現(xiàn)PLC與變頻器之間的通訊功能。一般來說主要由以下4個(gè)組件構(gòu)成：輥道速度DB110塊、變頻器信息DB110塊、功能函數(shù)FC101以及功能函數(shù)FC100。以下分別對這4個(gè)組件的功能和作用逐一展開詳細(xì)分析。

首先，輥道速度DB110塊。該模塊的具體結(jié)構(gòu)如下：一個(gè)Real型數(shù)組，所裝輥道所需要達(dá)到的速度；一個(gè)接口，上層模塊命令所需要達(dá)到的輥道速度，將其寫入到DB模塊當(dāng)中的具體位置，從而實(shí)現(xiàn)對輥道的控制。

然后是變頻器信息DB100塊，這一模塊主要是PLC發(fā)送和接受變頻器的信息的輸入輸出緩沖區(qū)。

再就是功能函數(shù)FC101。其主要作用在于將輥道速度當(dāng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)寫入到PLC的輸出緩沖區(qū)。

最后是功能函數(shù)FC100，主要是通過調(diào)用SFC14、SFC15來實(shí)現(xiàn)與變頻器之間的通訊，SFC14、SFC15分別完成了讀取變頻器狀態(tài)和對變頻器命令的寫入功能。

2.2 維護(hù)鋼板信息表模塊

常化爐鋼板跟蹤控制系統(tǒng)主要是通過對鋼板信息表這一模塊的維護(hù)來進(jìn)行工作的，并從變頻器當(dāng)中所獲取相關(guān)信息，通過輥道速度來確定鋼板的所處位置。表1為?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)。

表1 ?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)

一塊鋼板在?；癄t中的處理如下：首先鋼板經(jīng)過了長度測量等一系列工作之后，會(huì)在輥道的帶動(dòng)之下直接進(jìn)入到?；癄t當(dāng)中。當(dāng)鋼板前端進(jìn)入?；癄t內(nèi)的4號光電管時(shí)，就開始作為鋼板的跟蹤起點(diǎn)。這時(shí)，該系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)鋼板的厚度、長度、目標(biāo)溫度以及常化爐內(nèi)的溫度來準(zhǔn)確計(jì)算測量出鋼板最終的加熱時(shí)間以及運(yùn)行的速度。之后只需要定時(shí)根據(jù)鋼板所處的位置輥速來刷新鋼板的位置信息，就可以完全實(shí)現(xiàn)對鋼板的跟蹤控制了。

這一框架為常化爐鋼板跟蹤的基礎(chǔ)框架，基本上能夠?qū)崿F(xiàn)大部分功能，但也是不夠完整的。主要原因?yàn)槌；癄t在工作過程當(dāng)中，爐內(nèi)并不僅僅只有一塊鋼板，而是有多塊鋼板的，此時(shí)?；癄t內(nèi)的鋼板之間必須保持足夠的安全距離，避免鋼板之間可能發(fā)生的碰撞等情況。與此同時(shí)，?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)主要是依據(jù)輥速計(jì)算出鋼板位置，那么也就可能會(huì)因?yàn)殇摪宕蚧?、輥速脈動(dòng)等多種原因造成定位不精準(zhǔn)等情況，因此十分有必要采用光電管對鋼板位置進(jìn)行校正。

2.3 最終系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)模塊

第三個(gè)模塊是?；癄t鋼板跟蹤系統(tǒng)最終系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)模塊。最終系統(tǒng)功能主要包括3個(gè)方面：鋼板間距控制、鋼板位置自動(dòng)校正以及輥速的溫度補(bǔ)償。以下逐一對這3個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)展開詳細(xì)分析。

2.3.1 鋼板間距控制

在?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)的基本框架能夠?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)之上，增加監(jiān)視鋼板間距功能，能夠有效控制鋼板之間的間距。一般來說，主要使用的是OB35函數(shù)，平均每100 ms運(yùn)行一次，確保兩塊鋼板之間的間距處于安全距離之內(nèi)。為了進(jìn)一步的確保安全，可以設(shè)定兩個(gè)或兩個(gè)以上的安全距離，包括安全距離減速距離。

2.3.2 鋼板位置自動(dòng)校正

鋼板位置的自動(dòng)校正，正常情況下是通過鋼板遮擋熱檢信號來實(shí)現(xiàn)位置的自動(dòng)校正的，且?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)之間一般會(huì)有10個(gè)左右的熱檢來對鋼板的位置進(jìn)行自動(dòng)校正。其校正程序如下：開始→光電管是否被遮擋→是（否）→查出鋼板頭部位置在此光電管位置范圍內(nèi)的鋼板（結(jié)束）→此鋼板是否已在此位置校正過→否（是）→鋼板計(jì)算偏差值=計(jì)算值-光電管位置；鋼板頭部位置=光電管位置；鋼板位置校正位置（結(jié)束）→結(jié)束。

2.3.3 輥速的溫度補(bǔ)償

最后一個(gè)功能就是輥速的溫度補(bǔ)償。一般來說，在?；癄t熱處理鋼板的過程當(dāng)中，由于常化爐內(nèi)的溫度相對而言會(huì)比較高，會(huì)直接導(dǎo)致輥?zhàn)邮軣岫l(fā)生膨脹，相比較于室溫的條件之下輥?zhàn)拥闹睆揭矔?huì)變大，角速度不變時(shí)，線速度一定程度上會(huì)提高，因此就需要將設(shè)定的速度在乘以修正系數(shù)之后再發(fā)送給變頻器。修正過程為：第一步，判斷輥?zhàn)拥臓t溫是否超過了溫度補(bǔ)償?shù)拈撝?；第二步，一旦超過閾值則需要根據(jù)如下公式來計(jì)算修正因素，公式為：f=dc/（de+tε）；第三步，如果未發(fā)現(xiàn)超出閾值，則修正因素為1。

3 鋼板跟蹤控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果

在常化爐鋼板熱處理的過程當(dāng)中應(yīng)用鋼板跟蹤控制系統(tǒng)之后，取得了很好的效果，此系統(tǒng)也表現(xiàn)出了很好的性能，主要體現(xiàn)在以下方面：首先，鋼板在常化爐當(dāng)中的位置準(zhǔn)確度得到了進(jìn)一步的提高，對于鋼板速度和位置控制也更加精準(zhǔn)，能夠有效確保鋼板在?；癄t內(nèi)的加熱時(shí)間嚴(yán)格遵循施工工藝。此外，更重要的是?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)所使用的軟件結(jié)構(gòu)分明，方便今后在此基礎(chǔ)上再一次進(jìn)行功能擴(kuò)充。例如在?；癄t內(nèi)增加鋼板自動(dòng)吹水功能，就需要建立在對鋼板位置跟蹤控制的基礎(chǔ)之上才能夠?qū)崿F(xiàn)。總而言之，通過對?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)的實(shí)際投入使用，不僅能夠提高鋼板的熱處理質(zhì)量和熱處理效率，還實(shí)現(xiàn)了成本的控制，能夠獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，保證了鋼板熱處理當(dāng)中的安全性。

4 結(jié)束語

本文主要從硬件組成、軟件設(shè)計(jì)包括變頻器通訊接口模塊，維護(hù)鋼板信息表模塊、最終系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)模塊、運(yùn)行原理以及在實(shí)際使用過程當(dāng)中所能夠達(dá)到的最終效果等多個(gè)方面對于?；癄t鋼板跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。可以說這3個(gè)模塊的相互作用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對?；癄t內(nèi)鋼板位置的控制、輥道速度控制以及鋼板位置的自動(dòng)校正，更能夠?qū)崿F(xiàn)對鋼板之的安全距離的控制、輥速溫度的補(bǔ)償?shù)榷鄠€(gè)控制功能。此外，鋼板跟蹤控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中能夠發(fā)揮良好的性能，取得了較好的使用效果。