摘要 介紹了軋鋼廠步進(jìn)梁加熱爐自動(dòng)化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，通過(guò)軟件編程、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、編碼器測(cè)長(zhǎng)、變頻器優(yōu)化等一系列策略對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，加熱爐的工作效率和自動(dòng)化水平得到了大幅度地提高。 關(guān)鍵詞 步進(jìn)梁加熱爐 程序 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償 編碼器 1 前言 濟(jì)鋼第一小型軋鋼廠2004年進(jìn)行了全連軋改造，為滿足年產(chǎn)80～100萬(wàn)噸棒材的要求，配備了一座加熱能力為130t/h（熱裝170t/h）的步進(jìn)梁式空、煤氣雙蓄熱式、側(cè)進(jìn)側(cè)出加熱爐，因此如何提高步進(jìn)梁式加熱爐的出鋼速度和出鋼系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性一直是倍受關(guān)注的課題。 2 問(wèn)題的提出 整個(gè)加熱爐區(qū)的電控系統(tǒng)由一套S7-414CPU實(shí)現(xiàn)，原加熱爐的出鋼周期大約為40秒左右，小時(shí)出鋼支數(shù)大約為100支，按鋼坯單重1.7噸計(jì)算，每小時(shí)的產(chǎn)量為170噸。大大低于熱裝時(shí)的加熱爐的加熱能力，這個(gè)矛盾在試產(chǎn)初期時(shí)鋼坯單重僅為0.8噸時(shí)顯得更加突出。而且步進(jìn)梁的工作十分不穩(wěn)定，故障頻發(fā)，更加制約了加熱爐加熱能力的釋放。經(jīng)分析其主要原因如下: 1、控制系統(tǒng)的邏輯連鎖關(guān)系存在著重復(fù)，如：裝出料的爐門(mén)每次出鋼的過(guò)程中都要?jiǎng)幼饕淮?；只有在步進(jìn)梁回到后下位才可以進(jìn)鋼；步進(jìn)梁只有在定位推鋼機(jī)回到后位時(shí)才可以啟動(dòng)等等，以上的不必要的邏輯連鎖關(guān)系耗費(fèi)了大量的時(shí)間。使加熱爐的出鋼周期大大加長(zhǎng)。 2、步進(jìn)梁由液壓缸驅(qū)動(dòng)，在使用中由于步進(jìn)梁的動(dòng)作曲線未考慮整個(gè)步進(jìn)機(jī)械的慣性，經(jīng)常出現(xiàn)步進(jìn)梁前沖的現(xiàn)象，使鋼坯在爐內(nèi)的排列不均勻，在出鋼時(shí)不得不手動(dòng)調(diào)整步距也影響了加熱爐的出鋼節(jié)奏。 3、原來(lái)的步進(jìn)梁動(dòng)作的邏輯連鎖程序存在著大量的邏輯死區(qū)，在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出項(xiàng)程序進(jìn)入死循環(huán)，這時(shí)只有將PLC重新上電才可以繼續(xù)工作，影響了加熱爐出鋼節(jié)奏。 3 控制策略與改進(jìn)方案 1、出鋼速度不高主要原因在于出鋼動(dòng)作的邏輯連鎖太復(fù)雜和加熱爐電控系統(tǒng)的不穩(wěn)定。在保證整個(gè)爐區(qū)設(shè)備的安全運(yùn)行的前提下，對(duì)動(dòng)作的邏輯連鎖關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化，盡量的壓縮出鋼周期。主要有以下幾個(gè)方面： ①取消原來(lái)的爐前定位檔板，可以節(jié)約大約2秒的時(shí)間。利用爐前變頻輥道的制動(dòng)，使鋼坯準(zhǔn)確停在的爐前。 ②進(jìn)出料爐門(mén)由原來(lái)的每進(jìn)一根鋼坯各開(kāi)關(guān)一次改為平時(shí)一直打開(kāi)，同時(shí)利用變頻輥道的制動(dòng)防止鋼坯沖撞步進(jìn)梁。 ③進(jìn)鋼指令提前發(fā)出，由原來(lái)的步進(jìn)梁回到后下位啟動(dòng)進(jìn)鋼，提前到步進(jìn)梁到達(dá)前上位就啟動(dòng)進(jìn)鋼。 ④步進(jìn)梁的提前啟動(dòng)，由原來(lái)的定位推鋼機(jī)回到后位啟動(dòng)步進(jìn)梁，提前到定位推鋼機(jī)達(dá)到前位就啟動(dòng)步進(jìn)梁。 改進(jìn)后的電控系統(tǒng)邏輯連鎖關(guān)系如圖一： 2、增加步距補(bǔ)償程序。當(dāng)步進(jìn)梁上升通過(guò)托鋼點(diǎn)時(shí)自動(dòng)記憶當(dāng)前平移編碼器的數(shù)值，然后根據(jù)步距計(jì)算出前位的平移編碼器的數(shù)值。當(dāng)步進(jìn)梁達(dá)到前上位后下降的過(guò)程中，運(yùn)用自適應(yīng)的數(shù)字PID算法對(duì)步進(jìn)梁的前位進(jìn)行補(bǔ)償修正，確保當(dāng)步進(jìn)梁下降到放鋼點(diǎn)時(shí)本次前進(jìn)的步距為給定的步距。 ①補(bǔ)償?shù)闹鞒绦蛟O(shè)計(jì)（見(jiàn)圖二） 在主程序設(shè)計(jì)中，步距補(bǔ)償僅僅在步進(jìn)梁達(dá)到前上位后下降到放鋼點(diǎn)的一段時(shí)間內(nèi)起作用。而且為防止步進(jìn)梁顫動(dòng)設(shè)計(jì)了一個(gè)死區(qū)（5mm） ②補(bǔ)償?shù)臄?shù)字PID算法框圖如圖三： 本程序在PLC的循環(huán)定時(shí)中斷OB32（周期為200ms）中調(diào)用，程序記憶三個(gè)掃描周期內(nèi)的位置偏差按照公式： Un=Kp[E（n）×K1+E（N-1）×K2+E（n-2）×K3] 計(jì)算，其中K1，K2，K3為預(yù)先設(shè)定的系數(shù)，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的大慣量的特性，分別設(shè)定為：0.8，0.1，0.05。 ③自適應(yīng)系數(shù)的確定方法：在主程序中設(shè)定了一個(gè)補(bǔ)償停止條件，當(dāng)步距偏差小于5mm時(shí)，停止步距補(bǔ)償。同時(shí)對(duì)比例系數(shù)Kp進(jìn)行修正，修正公式如下： Kp+1=（Xp-Xm）×0.15+Kp 其中：Kp+1為下一次計(jì)算的數(shù)字PID增益, Kp為本次計(jì)算的數(shù)字PID增益, Xp為理論計(jì)算前位編碼器值, Xm為補(bǔ)償結(jié)束后編碼器的實(shí)際值。 3、對(duì)原來(lái)的步進(jìn)梁程序進(jìn)行優(yōu)化，確保在邏輯上沒(méi)有死區(qū)，主要有以下幾個(gè)方面： ①增加手動(dòng)回零程序，使步進(jìn)梁程序進(jìn)入邏輯死區(qū)后，可以手動(dòng)回到原始點(diǎn)，同時(shí)對(duì)程序所有的狀態(tài)重新初始化。 ②在步進(jìn)梁按照曲線減速到零后，而還沒(méi)有達(dá)到預(yù)定位置后，通過(guò)程序自動(dòng)重新給定一個(gè)速度推動(dòng)步進(jìn)梁動(dòng)作。 ③如果加上速度后在一定的時(shí)間內(nèi)，仍然沒(méi)有達(dá)到預(yù)定位置，通過(guò)程序進(jìn)行判斷，如果實(shí)際位置與預(yù)定位置的偏差小于10mm，則自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一個(gè)動(dòng)作，繼續(xù)執(zhí)行。 4、針對(duì)原來(lái)的加熱爐前檢測(cè)元件多而且沒(méi)有容錯(cuò)處理的情況，通過(guò)對(duì)控制程序的優(yōu)化，把兩個(gè)激光物體檢測(cè)器合為一個(gè)。而且在程序中進(jìn)行了容錯(cuò)處理，確保了工作的可靠性。徹底消除了原來(lái)的鋼坯爐內(nèi)定位失敗的情況。 4 結(jié)論及使用效果 此次加熱爐電控系統(tǒng)的改進(jìn)后，經(jīng)過(guò)7個(gè)多月的運(yùn)行，電控設(shè)備運(yùn)行良好，出鋼周期由原來(lái)的40秒左右提高到了29秒，提速效果十分顯著，而且實(shí)現(xiàn)了零故障，滿足了高節(jié)奏生產(chǎn)任務(wù)的需要,而且各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。