步進式加熱爐爐內鋼坯傳送的自動控制技術應用及探討

于成龍

（萊鋼集團自動化部，山東 萊蕪 271104）

步進式加熱爐爐內鋼坯傳送的自動控制技術應用及探討

于成龍

（萊鋼集團自動化部，山東 萊蕪 271104）

本文主要介紹山西壺關高速線材生產線步進式加熱爐爐內鋼坯的傳送以及鋼坯的行程糾偏和信息跟蹤技術。

步進式加熱爐；鋼坯傳送；行程糾偏；鋼坯跟蹤

0 前言

山西壺關常平高速線材生產線加熱爐為蓄熱式步進加熱爐，其過程控制采用電氣控制、儀表控制和計算機自動控制三電一體化實現。其中計算機自動控制系統主要包括鋼坯傳送自動控制和燃燒自動控制這兩部分，全部采用西門子PLC控制完成，監控畫面由WINCC開發完成。本文主要介紹爐內鋼坯的自動傳送及行程糾偏和鋼坯信息跟蹤。

1 工藝概述

壺關常平高線步進式加熱爐為側進側出式，鋼坯在入爐側爐內懸臂輥道進行準確定位后，由推鋼式裝鋼機將鋼坯推送到步進梁的特定位置，然后通過步進梁的步進動作，將鋼坯一步步運送到出爐側爐內懸臂輥道上，再通過輥道的運轉將鋼坯輸出到軋機進行軋制。由于出爐側沒有檢測元件對鋼坯位置進行準確檢測，也沒有出鋼機等設備來取送鋼坯，因此要求步進梁的行程控制必須非常準確，以保證鋼坯可以正好放到出爐懸臂輥中心上；同時對鋼坯信息必須進行準確的跟蹤，以判斷爐內裝鋼位和出鋼位是否有鋼坯存在。

2 控制功能

2.1 系統配置

鋼坯傳送自動控制系統采用S7-300系列PLC，主要由PLC主機架、遠程I/O站ET200、操作站、網絡等組成。其與燃燒自動控制系統和操作員站通過以太網進行通訊，主機架和遠程站ET200通過PROFIBUS DP網絡進行通訊。網絡配置如圖1所示：

2.2 軟件功能

圖1 網絡配置圖

2.2.1 爐內鋼坯傳送

爐內鋼坯的傳送通過步進梁的步進動作實現。步進梁由固定梁和活動梁組成，活動梁由平移框架、升降框架、升降/平移滾輪裝置、升降/平移定心裝置、升降液壓缸裝置、平移液壓缸裝置、斜軌等組成。升降框架用來支撐加熱爐平移框架和平移框架上的活動梁及爐內的鋼坯等動負荷，升降框架與平移框架共同做步進運動，把鋼坯從裝料側一步步向前移動，并最后將鋼坯放到出爐懸臂輥中心上。

升降框架和平移框架通過液壓缸實現升降和平移動作。升降缸有中間慢速過程，平移缸有緩啟緩停功能，其速度調節都通過液壓比例閥實現。升降缸和平移缸各有一套線性位移傳感器，用以檢測液壓缸的移動距離。步進梁的矩形運動軌跡及速度控制如圖2所示：

圖2 步進梁運動軌跡及速度曲線

2.2.2 鋼坯行程糾偏

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。由于慣性以及機械設備、比例閥響應時間等方面原因，步進梁在某一步可能實際行程與設定的標準步距有微小差別。因此有必要對步進梁下一步的前進目標值作出補償，以便有效保證鋼坯在爐長方向運動步距的準確性、可預見性。

首先根據步進梁在一個步進周期中，上升到中間位置和下降到中間位置的線性位移傳感器的差值計算出鋼坯在該運動周期中實際運動的距離，并與標準步距進行比較，計算出該鋼坯的前進誤差及累積誤差，根據該步前進誤差進行下一步的前進目標值補償。

標準步距為：S；第i+1步目標值為：S-erri；發出停止命令位置：S-erri-ERRi；實際行程為：si+1；誤差為：erri+1=Si+1-（S-erri）；累積誤差為：ERRi+1=ERRi+erri+1；

第i+2步目標值為：S-erri+1；發出停止命令位置：S-erri+1-ERRi+1；實際行程為：Si+2；誤差為：erri+2=Si+2-（S-erri+1）；累積誤差為：ERRi+2=ERRi+1+erri+2；

第i+j步目標值為：S-erri+j-1；發出停止命令位置：S-erri+j-1-ERRi+j-1；實際行程為：Si+j；誤差為：erri+j=Si+j-（S-erri+j-1）；累積誤差為：ERRi+j=ERRi+j-1+erri+j；

則：Si+1=erri+1+（S-erri）

Si+2=erri+2+（S-erri+1）

Si+j=erri+j+（S-erri+j-1）

則鋼坯步進j步后，其總行程W為：

W=Si+1+Si+2+…+Si+j

=erri+1+（S-erri）+erri+2+（S-erri+1）+erri+j+（S-erri+j-1）

=j*S-erri+erri+j

≈j*S

erri和erri+j作為第i步和第i+j步的行程誤差，數值相當小，因此可省略不計，由以上公式可見經過j步后，鋼坯實際停止位置和理論停止位置相當，鋼坯的行程糾偏功能得以完美實現。這樣就能保證經過一系列步進動作后，步進梁能夠將鋼坯正好放于出爐懸臂輥的中心位置。

2.2.3 鋼坯信息跟蹤

對于山西壺關常平高線加熱爐而言，由于出鋼位置沒有檢測元件，因此對出鋼位置是否有鋼的判斷只能通過對鋼坯信息的準確跟蹤來實現。首先根據爐內最多存放鋼坯的數量，做一數據塊用于存放各位置鋼坯位置參數，當推鋼式裝鋼機上料完成時，認為第一位置有鋼，并且將該鋼坯位置參數存放于數據塊的第一個實型寄存器內。步進梁每完成一個步進動作，便觸發一次指針尋址功能，將數據塊內寄存器的數據向后一寄存器傳送，并將第一個實型寄存器內進行清零。這樣便可準確判斷爐內每支鋼坯的確切位置以及爐內裝鋼情況。

當某一寄存器內的鋼坯位置參數顯示出該鋼坯距離出爐懸臂輥的間距小于步進梁一個步距時，便認為出料位置有鋼坯存在，并且可以根據這個距離的大小進行步進梁步距的自動調整。

山西壺關常平高線步進式加熱爐自2007年7月份正式投產以來，自動控制系統運行穩定，控制可靠，行程精準。通過步進梁的行程糾偏，可以使鋼坯在步進梁上的位移穩定，對二級燒鋼模型的建立和應用、鋼坯的加熱都起到重要作用，并且可以使鋼坯的出鋼位置基本固定，對于出鋼穩定也起到重要作用。

The use and discuss of Autom ation control technique in bloom converter of step-heating furnace

Yu Cheng long
（The Autom ation Departm en t of Laiwu Iron and Steel Group，Laiwu 271104）

This article mainly introduced that in the step-heating furnace of Shanxi Huguan high speed wire production line，how to convert the bloom、correct the stroke and track the bloom’s information.

Step-heating furnace；Bloom converter；Stroke correction；Bloom’s information tracking

3 結束語