基于GSM遠程控制鋼管穿孔斜底爐推鋼機系統設計★

管建峰，黃亞東

（常熟理工學院，江蘇 常熟 215500）

生產實踐·應用技術

基于GSM遠程控制鋼管穿孔斜底爐推鋼機系統設計★

管建峰，黃亞東

（常熟理工學院，江蘇 常熟 215500）

針對專門為企業設計的熱穿孔車間加熱爐專用手機遠程推鋼機，介紹其推鋼機結構、控制系統、遠程詢答控制的方式。此推鋼機實現了具有智能化和人性化的專用設備的設計制造及應用，達到智能控制爐溫并保持爐溫在一定的范圍內，有效預防了鋼坯因溫度不到位造成穿孔時偏心報廢。

推鋼機 遠程控制 GSM 單片機

常熟市盈豐鋼管有限公司生產荒管，荒管生產前要對管坯料進行加熱，所用燃氣是水煤氣，加熱圓鋼料正常溫度在1 230～1 250℃，并要求適當保溫，讓內外鋼溫加熱均勻，防止穿孔后出現較大的偏心質量問題。為此設計了一套遠程控制及系統自動溫度控制、時間控制的專用推鋼機系統。

1 推鋼機的機械結構設計

此款專用推鋼機主要用于斜底爐爐前側面推鋼，通過推鋼機輸出動力，逐步將爐內的鋼坯從側面推出，鋼坯推出后進入滾道，后續進行穿孔處理。鏈輪傳動式推鋼機，傳動結構簡單，易于維護，推力也較大。根據車間使用的經驗，推力在0.2 MN以上時，一般采用鏈輪傳動式推鋼機較適宜，使用可靠［1］。

專用推鋼機由電機、擺線針輪減速器、鏈傳動系統、推桿系統、冷卻系統和機架等組成；控制系統由溫控系統和GSM遠程控制系統組成，該機器推行平穩、推力大，可推進雙排坯料。鏈輪傳動推鋼機的特點是：結構簡單、推力大、造價低、維修維護方便。該推鋼機外形如下頁圖1所示。

1.1 機架設計

機架主要用型材按照一定的結構焊接連接而成，結構比較簡單，但對工字導軌要求有一定的平行度。1.2 推桿結構設計

推桿工作中會受到齒條推力、鋼板阻力、壓輪壓力等復雜力系的作用，要求強度、剛度要高，結構要可靠，耐高溫，一般采用箱型梁鋼板焊接結構。本設計需要在溫度1 200～1 300℃下高頻間斷性工作，45號鋼熔點為1 495℃左右，且價格低廉，完全適用，因此選擇推杠桿結構用45號鋼管焊接，中間加頂撐結構即可。

1.3 推鋼桿的冷卻

因推鋼桿長時間在高溫下工作，為延長使用壽命需要冷卻，避免出現長時間加熱。本設計利用水冷法，通過水流持續輸出輸入達到冷卻效果。采用上口進水，下口出水以達到冷卻的效果。

2 爐溫控制的影響

在穿孔時鋼的溫度及鋼坯的溫度是否均勻對穿孔的質量影響比較大。溫度控制主要是過程溫度控制、終點溫度控制、均溫時間。如果爐膛溫度達到了加熱溫度則一般溫度在1 250℃，加熱保溫還有一定的時間要素，需要保溫，等到鋼坯的內外溫度基本均勻后推鋼機方可推鋼進行穿孔，但保溫時間也不能太長，防止鋼坯晶粒長大，或者出現過燒現象；如果溫度過低，出現不能穿孔或者穿孔出現偏心現象，則會嚴重影響產品質量，所以要控制保溫溫度和一定的保溫時間，才能保證穿孔質量。

3 電氣控制

3.1 本設計的要求及流程

爐內檢測處溫度達到1 250℃，當爐內溫度達到1 250℃時，由單片機和TC35通訊，由遠程模塊通過GSM網路和手機進行通訊，請示手機是否可以允許推鋼，在允許的指令下，按下按鈕，開始計時，10 s后小車前進；如果許可指令不下，則按下按鈕，還是沒有推鋼動作；如果爐內溫度達不到1 250℃，不會向手機發出請求指令，如果按下按鈕小車也不做任何動作；小車行進到設定位置停止前進，自動回到初始位置；如果溫度低于設定溫度1 250℃，則自動停止推鋼工作；當溫度再達到設定溫度1 250℃時，第二次請求重新開始。以此反復，具體如圖2所示。

圖1 推鋼機構正視圖（單位：mm）

圖2 流程控制圖

3.2 實施方法

當推桿小車在原始位置時，按下啟動按鈕SB1，繼電器KT得電，開始計時，10 s后線圈KM1得電，接觸器KM1閉合，驅動電機M起動，同時小車前進；當推桿小車快進到達A點時，光電傳感器S1收到信號，行程開關閉合，線圈KM2得電，接觸器KM2接通，電動機反轉；推桿小車回到原點，光電傳感器1收到信號，光電傳感器S2失電，小車停止運動，此時完成一次工作；當行程開關SQ1合上，反轉控制電路斷開，電動機不得反轉。按下正轉啟動SB3，電機正轉，帶動了推鋼機前進。到達終點時壓下行程開關SQ2，將SQ2動斷觸電斷開，推鋼機返回原位，具體電路原理如圖3所示。

圖3 電路原理圖

4 GSM遠程控制原理

4.1 GSM通信模塊

GSM（Global System of Mobile communication的英文縮寫）是全球蜂窩系統中的一種。基于GSM發送短信給單片機，使得單片機接受短信并轉化為數字信號，然后去控制開關使得推鋼機進行開關，保持爐溫的穩定，確保煉鋼爐達到設定溫度并保持固定的時間防止工人為了產量在未達到溫度時進行下一步操作使得鋼材報廢。

操作方法：一臺平常使用的手機發送指令，單片機接受短信轉化為數字信號，同時控制與之相關的控制操作。

手機發送短信到單片機的具體步驟大概如下：用手機發條短信到GSM模塊；GSM模塊收到短信后并按照設置代碼運行設置的指令；在此指令下，將附一個值給變量參數，由此參數加載到單片機中進行運算；根據運算結果調用指令將實行A/D轉換并由引腳發出。

4.2 工作原理

手機發送指令到GSM模塊，GSM模塊連接在STC8951單片機上，將手機的電信號通過A/D轉換變為單片機接受指令。單片機接受指令后控制斜底爐推鋼機開關。同時熱電偶可以監測爐溫，當達到其所設定的溫度時，K型熱電偶WAN-440傳輸信號到單片機，單片機通過調動內部設定的代碼發送信號給GSM模塊，GSM模塊在通過網絡發送短信到手機，詢問是否進行下一步具體操作［1，2］。進而解除了距離對于斜底爐推鋼機開關影響。整個系統的簡易框架圖具體如圖4所示。

圖4 簡易框架圖

5 系統元件具體功能

需要的元件：GSM模塊（西門子公司開發的TC35i）一個、STC89C51單片機一個、K型熱電偶WRN-440、電源模塊、固態繼電器。

設置短消息發送格式AT+CMGF=0＜CR＞，0表示PDU模式（當前用漢字傳輸大多采用PDU模式，因而，發送的短信為中文時在參數初始設置應采用PDU模式）＜CR＞為回車。

中心號碼由運營商提供。設置信息指令格式為：AT+CSCA=“86+8613966655666’”＜CR＞。完成后模塊返回＜CRLF＞OK＜CRLF＞。讀取短消息使用命令AT+CSCA=？ ＜CR＞。 TC35i模 塊 返 回 ：＜CRLF＞+CSCA：“8613966655666’”＜CRLF＞

短消息自動提醒設置：用CNMI指令，AT+CNMI=1，1，0，0，1＜CR＞

設置完成返回：＜CRLF＞OK＜CRLF＞

設置指令可以令模塊在收到消息后向串口發送命令：＜CRLF＞+CMTI：“SM”，INDEX＜CRLF＞

確保下列操作可以順利進行：

模塊通電，AT指令與PC串口正常通信。

SIM卡上有話費，且可以登錄 GSM網絡（AT+CREG查詢，若返回1或5為正常）

AT+CMGF=0 完成設置

通過TC35i發送消息，發送的方法如下：串口調試可以輸入：AT+CMGS=“13962212345”＜CR＞（這個號碼為要發送的手機號碼）

此時可以看到大于號（＞）跳出，提示此時可以編輯消息內容。

若想發送消息“開始執行”，直接在大于號（＞）后面編輯就行了，PDU模式的數據以＜Z＞為結束符，在消息發送之后，返回到模塊：CRLF＞OK＜CRLF＞

通過TC35i接受消息，發送的方法如下：

接收串口指令：＜CRLF＞+CMTI：“SM”，INDEX＜CRLF＞

串口讀取PDU的AT指令：AT+CMGR=INDEX＜CRLF＞

為了防止SIM卡內存不夠用，因此在執行指令后應刪除短信息。刪除指令為：AT+CMGDR=INDEX＜CRLF＞

在刪除過后返回模塊：CRLF＞OK＜CRLF＞

6 系統測試后的效果

將TC35i的輸出電平MAX232轉變為RS232，連接串口且和PC機相連。令TC35保持接通狀態，打開PC機上串口調試助手，調試使得助手數據為“波特率19200，沒有校驗位，8位為數據，1位為停止位”在設定好后，編輯AT指令然后回車再發送。若接受區返回OK，此時模塊正常。若接受區沒有返回，先檢測一下串口的選擇是否正確，同時注意在“十六進制發送”不可以打鉤［3-7］。

7 結語

該溫控推鋼機的設計已于2013年申請了專利，專利號：ZL2013 2 0634279.x［2，8］。該專用設備采用熱電偶檢測溫度，采用了時間繼電器的延時保溫，采用的GSM手機操作和控制斜底爐的溫度控制，使用專用鏈式推鋼機，采用水循環冷卻推桿系統，保證了穿孔質量，同時避免了人為因素對產品質量的影響。這樣的遠程操控和爐溫控制推鋼機設計對還在使用人力出鋼的熱穿孔車間企業具有廣泛的推廣價值。

［1］ 濮良貴，紀明剛.機械設計［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［2］ 管建峰.可遠程控制的制冰系統：201320634278.5［P］. 2014-05-07.

［3］ 何光禹，李太全.基于TC35i GSM模塊的SMS設計和應用［J］.現代電子技術，2010（16）：157-159.

［4］ 周永宏，滕軍.基于單片機與GSM模塊的電力設施防盜報警系統設計［J］.科學時代，2010（11）：78-79.

［5］ 車朝雄，趙彥敏.基于串口的手機收發短信的設計方法［J］.福建電腦，2006（2）：49-50.

［6］ 丘斌，李兵.GSM與分組交換共用數據網之間的通信［J］.電信快報，1999（5）：9-10.

［7］ 王鋒，林建輝.GSM短信平臺的設計［J］.中國測試技術，2005（3）：101-102.

［8］ 管建峰.溫控推鋼機系統：201320634279.x［P］.2014-03-26.

（編輯：張偉）

Steel Pipe Perforation Sloping Hearth Furnace Steel Pusher Machine System Design Based on GSM Remote Control

Guan Jianfeng，Huang Yadong
（Changshu Institute of Technology，Changshu Jiangsu 215500）

This paper specially designs remote steel pusher in cellphones for heating furnace in hot piercing workshop in enterprises，mainly introduces structure of steel pusher，control system，way of remote enquiry-response control.This steel pusher realizes the design and manufacture and application of intelligence and humanization of special equipment so as to achieve intelligent control of furnace temperature and keep the temperature within a certain time to prevent the production of steel caused by internal and external temperature of different steel scrap.

steel pusher，remote control，GSM，SCM

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.16

TG333.3

A

1672-1152（2015）06-0045-03

2015-10-15

★專利號：ZL2013 2 0634279.x

管建峰（1967—），男，研究方向：機械電子專業，高級實驗師。