淺析步進(jìn)式加熱爐電氣控制方式與應(yīng)用
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作者：張毅
本文以某鋼廠棒線材步進(jìn)式加熱爐為例，重點(diǎn)介紹該加熱爐電氣方面的控制方式，主要包括鋼坯測(cè)長(zhǎng)、鋼坯定位、步進(jìn)梁控制和鋼坯跟蹤。
1工藝概況
該棒線材步進(jìn)式加熱爐為三段式，即預(yù)熱段、加熱段和均熱段，進(jìn)出料方式為側(cè)進(jìn)側(cè)出。爐區(qū)主要控制設(shè)備包括入爐側(cè)爐外輥道、入爐門(mén)、入爐側(cè)爐內(nèi)輥道、推鋼機(jī)、步進(jìn)梁、出爐側(cè)爐內(nèi)輥道和出爐門(mén)。工藝設(shè)備分布圖如圖1所示。
2系統(tǒng)硬件
加熱爐電氣控制系統(tǒng)采用SIEMENS S7-400系列和ET200M系列PI．C系統(tǒng)，配置其他相關(guān)硬件組成系統(tǒng)的硬件部分。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2.1操作站
加熱爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)置兩臺(tái)操作站，一臺(tái)負(fù)責(zé)鋼坯人爐控制，另一臺(tái)負(fù)責(zé)鋼坯爐內(nèi)跟蹤和出爐控制，操作站由研華工控機(jī)和基于Windows系統(tǒng)平臺(tái)上的西門(mén)子WINCC監(jiān)控軟件組成，通過(guò)加熱爐電氣控制主工藝圖、入爐側(cè)設(shè)備控制圖、鋼坯爐內(nèi)跟蹤圖、報(bào)警圖、趨勢(shì)圖等豐富的人機(jī)界面，操作員可以設(shè)定、查看過(guò)程參數(shù)或狀態(tài)，查看故障報(bào)警等明細(xì)。整個(gè)人機(jī)界面采用“向?qū)?#8221;的結(jié)構(gòu)，大大方便了操作員的操作。兩臺(tái)操作站通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)與控制站主站組成工業(yè)以太網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
2.2控制站
控制站主站采用西門(mén)子S7-400系列PLC，功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定，從站采用西門(mén)子ET200M系列PLC，設(shè)計(jì)使用靈活。本系統(tǒng)采用了1套S7-400系列PLC作為主站，負(fù)責(zé)爐內(nèi)鋼坯的跟蹤控制和出爐控制，另外設(shè)立兩個(gè)ET200M從站，分別用于鋼坯入爐控制和爐區(qū)液壓站控制�？刂普局髡就ㄟ^(guò)DP接口與兩從站組成西門(mén)子PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，相互通訊。
3 系統(tǒng)軟件
加熱爐電氣控制系統(tǒng)軟件主要采用了西門(mén)子配套的Step7和SIMATIC WinCC兩種軟件。Step7編程軟件用于西門(mén)子系列工控產(chǎn)品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinCC的編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分，Step 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷等。SIMATICWinCC( Windows Control Center)-視窗控制中心，是第一個(gè)使用最新的32位技術(shù)的過(guò)程監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的開(kāi)放性和靈活性，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案，具有以下功能：多語(yǔ)言支持，全球通用；可以集成到所有自動(dòng)化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡(jiǎn)單、有效地進(jìn)行組態(tài)；可基于Web持續(xù)延展，采用開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡(jiǎn)便；集成的Historian系統(tǒng)作為IT和商務(wù)集成的平臺(tái)；可用選件和附加件進(jìn)行擴(kuò)展；“全集成自動(dòng)化”的組成部分等。
4 系統(tǒng)功能
加熱爐的電氣控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控鋼坯從入爐到出爐的整個(gè)過(guò)程，主要功能包括鋼坯測(cè)長(zhǎng)、鋼坯定位、步進(jìn)梁控制和鋼坯跟蹤。
4.1 鋼坯測(cè)長(zhǎng)
鋼坯測(cè)長(zhǎng)功能是對(duì)即將人爐的鋼坯進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量，用于爐內(nèi)鋼坯定位和后序的軋制優(yōu)化。鋼坯測(cè)長(zhǎng)分為手動(dòng)測(cè)長(zhǎng)、自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)和半自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)。手動(dòng)測(cè)長(zhǎng)是人工測(cè)量鋼坯長(zhǎng)度后手動(dòng)輸入系統(tǒng)；自動(dòng)測(cè)量是系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的鋼坯進(jìn)行自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)自動(dòng)記錄；半自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)是人工干預(yù)測(cè)長(zhǎng)，通過(guò)人工觸發(fā)開(kāi)始測(cè)長(zhǎng)和結(jié)束測(cè)長(zhǎng)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。
自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)是系統(tǒng)結(jié)合光電管、編碼器和變頻器綜合推理計(jì)算出鋼坯的長(zhǎng)度。自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)程序流程圖如圖3所示。
4.2鋼坯定位
鋼坯定位功能是根據(jù)工藝設(shè)定要求將鋼坯定位到爐內(nèi)，以滿足生產(chǎn)的要求。鋼坯定位分手動(dòng)定位和自動(dòng)定位。手動(dòng)定位是人工根據(jù)編碼器數(shù)值和爐內(nèi)成像手動(dòng)將鋼坯定位到爐內(nèi)，然后通過(guò)推鋼機(jī)推上固定梁；自動(dòng)定位是系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行鋼坯的定位，并將鋼坯推上固定梁。
自動(dòng)定位是系統(tǒng)結(jié)合光電管、編碼器和變頻器綜合推理計(jì)算出鋼坯的位置。自動(dòng)定位程序流程圖如圖4所示。
4.3 步進(jìn)梁控制
步進(jìn)梁控制功能是系統(tǒng)按照工藝要求設(shè)定的步數(shù)控制步進(jìn)梁的動(dòng)作，將鋼坯從入爐側(cè)移動(dòng)到出爐輥道。步進(jìn)梁控制分手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制是人工操作控制步進(jìn)梁的動(dòng)作，移動(dòng)鋼坯；自動(dòng)控制是系統(tǒng)根據(jù)工藝設(shè)定自動(dòng)完成步進(jìn)梁動(dòng)作。圖5為步進(jìn)梁自動(dòng)控制流程圖。
步進(jìn)梁在動(dòng)作過(guò)程中會(huì)自動(dòng)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，誤差補(bǔ)償公式如下：
其中：S為下次步進(jìn)梁的距離；L為人爐到出爐輥道中心線的距離；P97為固定梁最后一支鋼的位置；E。步進(jìn)梁動(dòng)作誤差補(bǔ)償。
4.4鋼坯跟蹤
鋼坯跟蹤功能是對(duì)入爐的鋼坯進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，包括標(biāo)志位、爐號(hào)、長(zhǎng)度和爐內(nèi)位置等，其中標(biāo)志位用于識(shí)別該鋼坯是否真實(shí)存在。鋼坯跟蹤為系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤，人工可手動(dòng)干預(yù)修改。圖6為鋼坯自動(dòng)跟蹤程序流程圖。
5結(jié)束語(yǔ)
伴隨著步進(jìn)梁式加熱爐的發(fā)展，其電氣控制方式越來(lái)越多樣化，控制技術(shù)也越來(lái)越成熟。本文介紹的電氣控制方式屬于一種典型的電氣控制方式，在系統(tǒng)配置和技術(shù)運(yùn)用方面都比較成熟，有多年的現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，是一種成熟的控制方式。
6摘要：介紹了一種先進(jìn)的步進(jìn)式加熱爐電氣控制方式，該方式使用設(shè)置簡(jiǎn)潔、可靠性和準(zhǔn)確性高，是一種比較成熟的應(yīng)用方式。
