PLC控制系統在寬厚板加熱爐裝、出鋼機控制中的應用

張澤偉

摘 要：由于PLC系統具有很強的適應惡劣環境的能力，工作可靠，可直接將現場的控制信號連接至系統中，因此加熱爐采用工業PLC控制系統可以提高對加熱爐控制的精度和準確性，同時PLC系統的價格低廉，所以在加熱爐控制中得到越來越廣泛的應用。

關鍵詞：PLC控制系統；加熱爐

下面我們要分析的是步進式加熱爐的控制系統。整個爐區的基礎自動化采用S7系統作為核心控制設備，以實現加熱爐的電氣/儀表的檢測、控制。

PLC系統選用SIEMENS S7-400系列，CPU采用SIMATC S7-416-2DP控制器，PLC之間采用CP443-1進行工業以太網的通訊.在機架和擴展機架之間采用ET200M。對于分散檢測/控制點，采用遠程I/O通過PROFIBUS-DP同控制系統交換信息；對于加熱爐本體裝出鋼機用的變頻裝置等，CPU則直接通過PROFIBUS-DP來采集/發送其各種工作狀態信息、控制指令，裝出鋼機、爐門的各種動作。

下面進一步詳細說明PLC系統在加熱爐裝、出鋼機的電控系統中的應用。

1 加熱爐裝、出鋼機電控部分主要設備

裝鋼機：裝鋼機是由4根焊接結構托桿組成，具有上升下降，前進后退功能，裝鋼機的升降是由2支液壓缸通過同步軸驅動對應設置在各托桿下方的托輥聯桿來實現。裝鋼機進退由1臺電動機經對應的減速箱驅動2組托桿的齒輪齒條傳動裝置，實現進退取鋼運動。裝鋼機有上、下、前、后4個位置。

裝/出料爐門：在爐子進料端和出料端各設有一套爐門，爐門配有一套液壓驅動升降機構，由1支液壓缸牽拉帶動鏈輪軸轉動，鏈條牽引爐門升降啟閉。爐門的工作行程位置由行程開關檢測。裝料爐門有上和下兩個位置；出料爐門有上、中、下3個位置。

出鋼機：加熱爐設置兩套完全獨立的出鋼機。出鋼機的機械結構主體是2根托桿。每套出鋼機的升降由2支液壓缸并聯驅動對應設置在各托桿下方的托輥杠桿（剛性連接）來完成。每套出鋼機進退由1臺帶編碼器檢測行程的變頻電機經1臺減速箱分別驅動2組托桿的齒輪齒條傳動裝置。出鋼機其運動軌跡為：進/升/退/降，有上、下、前、后4個位置。

液壓系統：液壓站主要由5臺恒壓的110kW主泵電機、2臺7.5kW循環泵電機組成，其中主泵4臺工作，1臺備用；循環泵1臺工作，1臺備用。

2 控制系統的構成

2.1 硬件構成

電氣控制主要由1個電氣柜及1個遠程柜組成。

電氣柜內部包括CPU416-2DP用以處理數據；CP443用作以太網數據交換；數字量輸入輸出模板用來處理爐體數字信號，例如爐門位置、裝出鋼機限位等；另外還有1塊FM350高速計數模塊用來處理裝出鋼機碼盤讀數。

遠程柜主要由數字量輸入輸出模板組成，用來控制操作臺操作按鈕以及各種輸出燈的信號。

2.2 網絡構成

上層網絡：采用以光纖（OME）為介質的基于交換機的快速以太網（FAST ETHERNET），保證通訊功能的快速性和可靠性。

底層網絡：采用PROFIBUS-DP。它以12MB的高通訊速率，完成對逆變器、遠程I/O、傳感器的狀態信息和驅動信息的數字化傳輸。而且性能極高。同時減少了大量的控制電纜。

3 控制內容說明

3.1 裝鋼機的控制

裝鋼機水平移動采用1臺變頻器傳動的平移電機，并安裝1臺編碼器（PLG），裝料機的前后安裝2個接近開關。裝鋼機升降移動采用液壓系統控制，液壓缸行程由接近開關進行升降高度檢測。正常情況下，由PLG、VVVF、電機和裝鋼機構成的裝鋼系統，在PLC的控制下，完成裝鋼機的平移及爐內坯料定位功能。最大裝鋼位置誤差可控制在±10mm之內。

裝鋼動作的全過程：

開啟裝料爐門的同時，裝鋼機上升托起鋼坯。裝鋼機前進，將鋼坯送到距離上一塊坯料的后沿60mm處，放下并返回到原始位。同時系統開始了對本塊鋼坯的物料跟蹤。

由于鋼坯的寬度不同，而步進梁的步距一定，對于每塊當前的被裝坯料而言，其前塊坯料的后沿位置都是一個變數，坯料之間的距離也可以人為設定，所以裝鋼機的每一次裝鋼位移量是不同的，也就是說，這是一個全動態過程。

3.2 出鋼機的控制

出鋼機水平移動采用由變頻器拖動的2臺平移電機，拖動2套出鋼裝置。左右出鋼裝置可以同時進退和分別進退。在每臺電機傳動軸的另一端，各安裝1臺編碼器（PLG），出鋼桿的前后各2個極限開關。出鋼機升降移動采用液壓控制，左右出鋼桿同時升降。液壓缸行程由接近開關進行升降高度檢測。正常情況下，由PLG、VVVF、電機和出鋼裝置構成出鋼機系統，在PLC的控制下，完成出鋼機的平移功能，最大位置誤差可控制在±10mm之內。

步進梁前進時，當靠近爐頭一塊鋼坯的前沿信號被激光檢測器捕捉，則開始檢測并記錄坯料前進的位移，同時步進梁走完這一步后，步進梁暫停循環，等待出鋼。

此時根據出鋼機爪的前沿所在位置、坯料的前沿所在位置、坯料的寬度，計算出出鋼機取鋼距離。然后托出坯料，并放在出料輥道中心線上。

3.3 裝出料爐門的控制

裝料爐門為一扇，采用全液壓驅動，有全開/全閉的動作控制。

出料爐門分為左右兩扇，可分別開閉，采用全液壓驅動，具備全開/半開/全閉的動作控制。

3.4 液壓站的控制

液壓站通過遠程I/O實現控制，通過OP270實現液壓站油泵的就地啟/停，而液壓站油箱液位、油溫、過濾器的狀態檢測則通過PLCFIBUS–DP直接傳給PLC系統，使操作人員可以直接在NMI畫面直觀的觀察到液壓站運轉狀況。

4 HMI的配置

采用客戶機/服務器方式。為保證系統的可靠性，用兩套完全相同的高配置計算機做為HMI的服務器，形成熱冗余監控系統。

采用多臺主流配置的計算機做客戶機，以完成對整個加熱爐區的儀表、電氣的控制。所有HMI的畫面相同，根據客戶機應用功能的不同而設置不同的使用權限，這樣系統將非常穩定可靠。

5 結束語

采用PLC控制系統配置靈活，投資經濟，程序可方便快捷地在線修改；HMI提供的監視畫面實現了可視化的操作畫面，使得操作更直接、快捷。無論在精度、穩定性及其他一些控制系統質量指標方面，PLC均能達到滿意效果，對保證生產正常、提高產品質量起到了良好的作用。

參考文獻

[1]韓鳳祥，吳立新.PLC控制變頻器在加熱爐出鋼機中的應用[J].變頻器世界，2006（5）：102-103.