電氣系統在加熱爐步進梁工段中的應用

師建剛　栗保嶺　楊陽

摘要：本文對加熱爐步進梁的工藝部分和控制原理作了說明，并對該工段的電氣系統構成、電氣設備的使用及工藝控制模式等方面作了簡要闡述。

關鍵詞：電氣系統；步進梁工段；控制；功能

1概述

加熱爐步進梁區域位于高溫生產環境，步進梁機構由一套支撐步進梁的上面部分的主體框架和一套在斜臺軌上運動用于支持上半部框架的下半部框架組成。步進梁的提升主框架通過4個液壓缸協同動作，步進梁的平移主框架通過1個液壓缸動作，這些缸的供油由主泵通過方向閥，比例控制閥和壓力開關供給。步進梁的動作由現場的電機、液壓缸、檢測傳感器、PLC系統、液壓電磁閥等聯合控制。電氣技術在加熱爐步進梁工段的使用可以及時有效的預防和排除企業在生產過程中即將出現的安全問題，避免安全風險的發生，確保企業安全生產。

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構來支撐，這個水梁結構由一連串沿爐寬方向穿插布置的固定式梁和活動式梁構成，并且利用先進的汽化冷卻工藝來維持機械強度。

坯料放置在固定梁上，并且將被活動梁在執行矩形軌跡循環中提升和前移。這樣，坯料被運送穿過這個由耐材和鋼結構組成，并分成許多加熱區的加熱爐。因此，同坯料從裝鋼側經過每一個區域傳送到出鋼側一樣，它們逐漸加熱到預期的溫度。順控設備和與之相關聯的電氣設備主要包括如下幾個部分：裝鋼輥道、裝鋼爐門設備、裝鋼機設備、對中設備、步進梁設備、出鋼爐門設備、出鋼機設備、出鋼輥道設備、液壓設備、干油設備等。

2.2控制原理

當坯料裝鋼完畢，并且出鋼的連鎖裝置允許的情況下，由加熱爐步進梁PLC發送一個循環（一步）的命令并驅動步進梁執行相關動作。所有加熱爐步進梁的上升動作和下降動作、前進動作和后退動作等都由PLC控制相應的液壓系統的液壓電磁閥完成，電磁閥控制液壓油路的通與斷，最終控制液壓缸的動作。所有平移動作的檢測均由傳感器實時檢測并反饋到加熱爐步進梁的PLC相關模塊的點位上。每一塊將要出爐的坯料的寬度、長度和位置從這些值被檢測時就被存入PLC的程序塊中，每塊坯料穿過加熱爐時都會被跟蹤，并生成相關原初數據。

在所有模式下，步進梁動作后，步進梁的一次動作行程發送到L2級計算機（過程計算機控制系統并且由PLC系統跟蹤校正。

3電氣系統構成

加熱爐步進梁的統的一級現場控制系統由步進梁機構電氣傳動部分及裝鋼、出鋼電氣傳動部分等控制站組成。

加熱爐步進梁機構的電氣室內有1個西門子S7-400_PLC主控柜和裝鋼、出鋼遠程I/O柜。靠近出鋼機機有液壓機室，現場布置有LCP柜（就地控制柜）和控制盤。

步進梁機構電氣控制部分PLC為S7_414帶5個IM153-2從站，實現輥道的順控，坯料在入爐輥道上的定位控制，步進梁動作控制的功能。

步進梁的平移運動由現場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線接入到信息放大器，由信息放大器接收PLC模擬量輸出模塊發出的前進、后退的高、低速度信號，平移的高、低速度能分別達到100mm/s、13mm/s。

步進梁的垂直運動（提升和下降）由一套現場的液壓缸、一套液壓方向電磁閥和液壓比例方向控制閥來綜合控制。液壓方向電磁閥接收PLC下面連接的開關量輸出卡件發出提升、下降信號，配合比例方向控制閥的信號共同控制液壓缸的運行方向和速度。垂直運動的高、中、低速能分別達到13mm/s、10mm/s、4mm/s。

在主控室內設HMI交互系統，監控人員通過視頻監控屏，就可以對現場的執行器、電動閥、電機等設備進行狀態監視和遠程設備動作的控制。

4電氣設備的使用

步進梁的控制是靠現場線性位移傳感器來檢測的，數量一共兩個，上升、下降動作行程的檢測需要一個，平移（前進、后退）動作行程檢測需要一個，當液壓系統驅動液壓缸執行伸出、縮回動作時，其位置主要由線性位移傳感器檢測。除此之外，還可以靠現場的限位開關限定液壓缸的極限位置，這兩種檢測電氣元件在程序邏輯控制上屬于“或”的關系，一般情況下程序控制優先選擇采用線性位移傳感器檢測液壓缸位置信號，因為采用線性位移傳感器采集的數值精確，一旦傳感器出現問題，程序邏輯才啟用限位開關作為控制的位置檢測信號。由于加熱爐步進梁現場屬于高溫環境，這就要求現場安裝的限位開關和線性位移傳感器不但要動作準確、靈敏可靠，更要能適應現場高溫的作業環境。

現場的壓力、溫度變送器都是重要的檢測元件，目前一些高端的電氣元件具有狀態自檢報警功能，現場部分電氣元件具有人機交互界面，技術人員可以通過操作界面對電氣元件的參數進行手動設置，并可以讀取歷史數據、查看當前工作狀態等。

激光探測儀位于加熱爐出口檢測坯料前沿并且啟動超出計算。板坯前沿的精確位置在步進梁完成循環后馬上得知（預測值，坯料前部被激光檢測到的部分的橫坐標）。

電氣檢測元件如變頻器、電機保護器一般都具有通訊接口，支持標準的電氣通訊協議，能將檢測的電壓或電流信號傳遞到上一級控制系統或是顯示儀表。

步進梁的控制控制系統采用的編程軟件、監控軟件、PLC硬件、網絡交換機硬件都有內部診斷功能，當現場的設備儀表或是硬件在運行過程中發生故障或運行參數異常時，控制中心監控屏幕的監控畫面會立即閃爍并提示故障點的故障原因。

5控制模式

在手動模式下，操作員直接通過爐下的控制盤或者HMI交互界面上的按鈕控制步進梁的動作。在手動模式下，設備的動作只能在低速下運行，而在自動模式下，步進梁在沒有任何手動操作需求的情況下執行連續可靠的動作。

在半自動模式下，操作員通過自動時序命令執行步進梁動作。在自動模式下，操作員可以通過HMI交互界面上專門的按鈕開關切換到L2級計算機，由L2級計算機下達生產指令參數。

現場操作人員觸動任何事故急停按鈕，所有設備單元立即停止，步進梁各自系統的當前的信息都發送給PLC，并且所有自動循環中斷。消除故障后，步進梁動作必須在手動模式下完成。為了再次操作這些單元進入自動模式，啟動條件必須再次得到滿足。

6結束語

隨著電氣技術不斷的進步的發展，促使國內的鋼鐵行業朝著更智能、更環保、更高速的方向發展，而電氣技術融入到加熱爐步進梁工段的過程中，使該工段的機械動作和設備運行變得更加智能和有序并且安全可控。

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作者簡介：師建剛（1980-），男，漢族，籍貫：河北省邯鄲市，學歷：本科，職務：助理工程師，方向：從事現場電氣設備的維檢工作。