軋鋼加熱爐步進梁控制程序開發

丁強

宣鋼檢修公司 河北張家口 075100

1 開發思路

首先將步進梁在縱向垂直面上的矩形運動軌跡進行動作分解為上升、前進、下降、后退四個基本運行狀態，再進一步分解成六個對應步，在PLC程序中對每一步做出明確定義，上升對應第一步、第二步(以固定梁水平面為界)，前進對應每三步，下降對應第四步、第五步(以固定梁水平面為界)，后退對對應第六步。如圖1所示。

圖1 步進梁運動狀態分解圖

其次將步進梁的單體設備操作命令（上升、前進、下降、后退、正循環、逆循環、踏步、抬平），與程序關聯，對應如下（僅以上升、正循環、逆循環、踏步為例）：上升：程序順序執行STEP1、STEP2；正循環：程序順序執行STEP1、STEP2、STEP3、STEP4、STEP5、STEP6；逆 循 環 ：程 序 順 序 執 行STEP3、STEP1、STEP2、STEP6、STEP4、STEP5；踏步 ：程序順序執行STEP1、STEP2、STEP4、STEP5，延時等待一定時間后，再重復執行上述各步；第三，定義每一步的減速點、停止點和速度給定百分比；最后完善邏輯聯鎖關系，確保動作可靠安全。

2 程序的關鍵函數塊

步進梁控制程序的關鍵函數塊是速率給定函數，此函數決定了如何快速方便地設置步進梁加速、減速速率，是保證步進梁運動平穩、快速的關鍵函數，也是工程調試中主要調試數據之一。

此函數在定時循環中斷OB35內調用，速度給定百分數整數數值乘以276做為函數的輸入，函數輸出值賦值給模擬量輸出地址，通過AO模塊輸出-10V～+10V（或4-20mA）給比例放大板，由放大板輸出電流驅動液壓閥臺電液比例閥開口大小來控制通過油量的多少，最終達到控制步進梁運動的快慢。

3 該程序的特點

（1）程序邏輯清晰、短小精干，易于調試。對于工程需要調試的數據做了明確的定義和接口，非常利于工程實施中快速調試。（2）安全可靠。對安裝于步進梁平移缸和升降缸上的重要的傳感器（位移傳感器）具有實時智能判斷其是否工作正常，一旦位移傳感器出現故障無法正常反饋信號，程序馬上報警并急停步進梁動作。（3）易于維護。位移傳感器是步進梁最重要的傳感器，長期運行，加上爐坑下環境濕熱，多粉塵，因此極易出現故障，當更換時需要校驗位移傳感器反饋信號與實際位移物理位置的對應關系是否正確，因此需要方便快捷的校驗方法，本程序開發的位移傳感器信號與實現物理位移轉換函數塊集數據轉換、位置校正、故障報警于一體，很好的解決了維護的方便性。

4 工程調試

步進梁本體是個龐然大物，其質量大、慣性大，由液壓驅動，液壓壓力高達18MPa，單缸推力達幾百噸，因此工程實際調試是具有危險性的。如果參數設置不當、甚至錯誤，或調試時安全措施不到位，那將發生不可預計的后果，輕者發生液壓桿拉缸、夯缸現象，造成液壓缸開裂損壞；重者造成人身傷亡，因此必須要求調試人員經驗豐富、思維嚴謹[1]。雖然步進梁程序開發編程方面已經為了便于調試做了充分的準備工作，但要在實際工程中，不同的項目，其液壓系統必然存在差異，要想把步進梁調試得既快又穩，達到良好的控制效果，這需要現場工程師深刻理解步進梁運動特點、液壓比例閥的特性，掌握關鍵參數的設置及它們之間的相互影響。

4.1 調試主要步驟

（1）停止點：即動梁能夠安全運動的矩形軌跡內每步的停止位置，參見圖4圓黑點。（2）減速點：通過設置每步開始減速的絕對距離值，再經過數學運算確定每步的減速點位置，參見圖4中方黑點。（3）速度給定：每步的高速運動、低速運動速度給定，以百分比設置，對應比例閥開口度；總體給定在：高速區為60%-95%，低速區為20%-40%。（4）速率：通過速率給定函數設置加速速率和減速速率。最后，執行循環命令，觀察監測動梁運動狀態、震動狀況、平穩狀態、步進周期，對各參數做進一步修正、調整。

4.2 注意事項

（1）必須先執行手動單動命令，操作動梁低速前進、上升、后退、下降，反復測試，確保動梁在運動軌跡內無任何異常響聲，方可執行半自動命令（正循環、逆循環）。（2）高速速度給定值調整要遵循由小到大，減速點位置設置值要遵循從遠及近，加減速速率設置遵循從大到小，以確保動梁從高速區能夠快速降速到低速區，防止液壓桿動作運動速度太快而減速區范圍小，來不及減速，發生拉缸、夯缸事故而損壞液壓缸。（3）要清楚參數修改時的彼此相互影響。例如：為了提高步進周期而增大高速給定值，則減速區域相應修改加長，否則會產生大的過沖量；增大減速速率，則減速區域相應調整縮短，否則將導致步進周期時間加長。

4.3 工藝措施

步進梁平穩性主要取決于加速速率、減速速率、和高低速區速度設定；在確保運動平穩的前提下，生產人員最關注的是步進周期的快慢，而影響步進周期的最關鍵之處在于步進梁在每步減速后進入低速區到停止點這段行程的距離，最理想狀態的減速停止區域是步進梁從減速點開始減速，當速度進入低速區時恰好到達此步的停止點，這是優化步進周期的最核心之處。

5 結語

采用西門子S7-400PLC控制器開發的步進梁控制程序架構合理，經過多年現場應用驗證，體現其良好的控制效果；實際工程調試經驗的總結希望有助于從事步進梁控制和調試工作的工程人。