步進式加熱爐步進機構(gòu)的控制

王華 章霞剛 楊軍

摘? ?要：2013年，新鋼公司新建一條棒材生產(chǎn)線，其鋼坯加熱爐采用了雙蓄熱步進式加熱爐，其爐底步進機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)正循環(huán)步進動作、逆循環(huán)步進動作、原地踏步動作、中間保持等待等功能，所有功能均由電液比例閥控制驅(qū)動液壓缸動作，每一步距信息通過位移傳感器進行采集并反饋至PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)及時對步距的誤差進行補償，保證步進機構(gòu)的每一步距準確平穩(wěn)。

關鍵詞：步進式加熱爐? 比例控制? 步距跟蹤? 誤差補償

2013年新鋼公司新上一條棒材生產(chǎn)線，鋼坯加熱選用了目前冶金行業(yè)較為先進的雙蓄熱步進式加熱爐，具有爐形結(jié)構(gòu)合理、燃效比高、出鋼速度快等多項優(yōu)點，額定加熱能力：170t/h（標準坯，冷裝），最大加熱能力：190t/h（標準坯，熱裝），出鋼頻次為38s，整個系統(tǒng)要求電氣控制精度高、可靠性好，步進機構(gòu)定位準確，才能保證鋼坯能在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)送上出料輥道，出鋼迅速。

1? 爐底步進機械

整個加熱爐的爐底機械由一個水平移動框架、上下移動提升框架、平移液壓缸、提升液壓缸、平移導向裝置、提升導向裝置、平移滾輪、提升滾輪、提升斜軌座以及框架上的動梁立柱等設備組成。爐的鋼坯均勻分布在靜梁上，通過在平移框架上動梁的步進運動，使鋼坯在爐內(nèi)沿爐長方向作步進移動。

爐底機械的平移框架和提升框架采用液壓缸驅(qū)動，由電液比例閥控制液壓缸動作實現(xiàn)正循環(huán)步進動作、逆循環(huán)步進動作、原地踏步動作、中間保持等功能，安裝在液壓缸（升降缸和平移缸）上的線性位移傳感器監(jiān)測每一次移動的距離，保證了坯料在爐內(nèi)位置的精度。

平移行程：270mm，升降高度：200mm。

2? 液壓系統(tǒng)

液壓泵組選用5套（4用1備）恒壓變量柱塞泵，泵的輸出流量始終與液壓系統(tǒng)的需求相匹配，以適應執(zhí)行機構(gòu)的速度變化，減小系統(tǒng)發(fā)熱量，并能適應不同設備同時運行的動作響應。為保證液壓系統(tǒng)的連續(xù)工作狀況，采用合理配置在線備用泵，泵組配有減震裝置，并在各油泵口處配有卸荷及限壓保護閥組和設置油泵允許工作檢測元件。系統(tǒng)配置獨立循環(huán)系統(tǒng)，采用過濾器和板式冷卻器及在線電加熱器對流體介質(zhì)進行循環(huán)過濾及冷卻或加熱，可長期保證油箱內(nèi)流體介質(zhì)的清潔度及正常溫度。

3? 控制閥組

用于控制執(zhí)行機構(gòu)運行動作的控制閥組及系統(tǒng)安全閥組分別集中設置在液壓站內(nèi)的閥臺油路塊上。

步進機構(gòu)升降控制：步進梁升降控制閥組主要由電液比例換向閥和輔助閥件（平衡閥等）組成，控制并聯(lián)升降液壓缸驅(qū)動步進機構(gòu)升降的緩啟緩停平穩(wěn)運行及輕托輕放爐內(nèi)鋼坯，并可防止失控下滑。PLC按控制曲線輸出模擬量控制信號，經(jīng)比例放大器驅(qū)動比例閥的動作。

步進機構(gòu)進退控制：進退控制閥組主要由電液比例換向閥和輔助閥件組成，控制平移液壓缸驅(qū)動步進機構(gòu)進退的緩啟緩停平穩(wěn)準確運行，并可抑制高壓沖擊和漂移。PLC按控制曲線輸出模擬量控制信號，經(jīng)比例放大器驅(qū)動比例閥的動作。

4? 電控系統(tǒng)配置

步進機構(gòu)的控制是爐區(qū)自動控制的一部分，步進系統(tǒng)的電控部分由西門子PLC S7-400，輸入、輸出輥道采用西門子變頻器驅(qū)動，現(xiàn)場編碼器、比例閥控制，位移傳感器，接近開關等信號由遠程ET-200從站負責完成。

5? 控制功能的實現(xiàn)

爐區(qū)的液壓系統(tǒng)運行及監(jiān)控都通過PLC控制實現(xiàn)（見圖1），液壓系統(tǒng)的手動及自動操作和系統(tǒng)正常及故障顯示都能在計算機的WINCC監(jiān)控畫面上顯示，所有液壓的檢測信號都接入系統(tǒng)的PLC，在各油泵吸油口處設置了關閉檢測信號，此信號禁止啟動該油泵電機。油箱內(nèi)設置介質(zhì)溫度、液面監(jiān)測、系統(tǒng)油壓極限和過濾器油污檢測，并可自動報警。

加熱爐采用全液壓驅(qū)動的步進梁機構(gòu)。為了保證步進梁準確安全可靠的運轉(zhuǎn)，在步進梁機構(gòu)平移及升降液壓缸上，各設置2臺（一用一備）位移傳感器，分別用于步進梁垂直方向的位置檢測和步進梁水平方向位置檢測。

步進梁工作狀態(tài)控制分為機旁就地操作方式和集中控制操作方式。

在機旁就地操作方式下，操作人員在加熱爐的裝料操作箱上，操作轉(zhuǎn)換開關的選擇按鈕的操作，進行手動和單動控制步進梁的平移框架和提升框架的前進、后退、停止、上升、下降、循環(huán)各動作的操作。

集中控制操作方式下，操作人員在計算機WINCC的HMI操作來單步和自動控制步進梁的平移框架和提升框架的前進、后退、停止、上升、下降、循環(huán)各動作的操作。在滿足自動運行條件時，當爐內(nèi)激光檢測儀檢測到有鋼時，步進梁走完本步循環(huán)后停止前進并下降、后退到原位等待出鋼。步進梁的步距為270mm。如果當按下裝料操作臺上的急停按鈕或機旁操作箱上的急停按鈕時，無論是手動、單動、自動任何一種操作方式，這時步進梁都必須停止任何動作（見圖2）。

步進梁的補償控制：步進梁在進退過程中，為了確保每前進一步的準確性以及物料跟蹤的正確性，需要在步進梁前進過程中對步距進行隨時地自動補償。例如標準步距270mm，由于慣性等原因，步進梁在某一步可能實際前進272mm，則在下一步前進時，自動將步距調(diào)整為268mm。因此，有效地保證了鋼坯在爐長方向運動步距的準確性、可預見性。

步進梁的人工補償方式：通常情況下，以上所述的補償方式是控制系統(tǒng)的自動補償，對于操作人員是無法直觀的感覺，在操作時，通過爐內(nèi)攝像頭的影像判斷鋼離輥道距離判斷鋼是否正常上輥（見圖3），在WINCC的HMI上設置一個補償值用于操作人員根據(jù)現(xiàn)場情況進行補償修正（見圖4），因為操作人員通過影像看到的偏差是一個累積誤差，所以補償修正值在±10mm的范圍內(nèi)。

6? 結(jié)語

步進機構(gòu)的控制程序過去近6年的實踐運行，除偶爾現(xiàn)場信號有誤外，其余功能發(fā)揮正常，設備運行穩(wěn)定，各項爐體指標（如出鋼能力，燃效比）都達到設計時的要求，并經(jīng)歷了坯料來料不符合原設計要求、短期不停變換坯料規(guī)格等非常規(guī)的工作要求的考驗。

參考文獻

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