步進梁速度智能APC控制在異型鋼加熱爐的應用

王毅

（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪　271104）

信息化建設

步進梁速度智能APC控制在異型鋼加熱爐的應用

王毅

（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪271104）

先尋找到比例閥開度與位移曲線的關系，再通過速度智能APC控制，抵消掉閥位開度與速度（位移）的非線性關系，萊鋼自動化部自主研發了異型鋼加熱爐控制系統的步進梁速度智能APC控制、液壓比例閥自學習模型等。控制系統應用后，步進梁控制精度在±1 mm以內，且控制性能優越，達到了節約生產時間和成本目的。

加熱爐；速度智能APC控制；自學習模型；步進梁

1　前言

萊鋼異型鋼加熱爐為步進式加熱爐，步進梁要求在動作過程中速度曲線多變、活動梁與固定梁在鋼坯交替時輕拿輕放，速度曲線平滑無毛刺，無急加速或減速現象。由于比例閥放大器開度與流速的非線性關系，導致比例閥開度與位移曲線也存在非線性。

目前軋線多品種、多規格、小批量已成為生產常態，為適應軋線生產節奏要求，充分發揮加熱爐加熱效率，可通過提高步進梁的動作周期和控制精度，來實現加熱爐的滿負荷生產，因此在充分研究工藝設計的基礎上研發了步進梁速度智能APC控制、液壓比例閥自學習模型。

2　系統功能和實施方案

2.1液壓比例閥自學習模型

現場對控制要求精度高的液壓閥臺多采用比例閥，實際應用發現，比例閥品牌型號種類多樣，很多同廠同型號的比例閥特性曲線都無法保持一致性，現場液壓問題的復雜性影響液壓設備的控制精度［1］。通過程序對現場液壓比例閥自學習，結合PDA歷史跟蹤軟件，在不用調節比例閥的死區（偏流）、增益（最大值）基礎上，只需要修改程序參數，通過程序自學習便可找到適合這套比例閥的特性曲線，從而獲得比例閥的相應參數。比例閥控制流程為:

通過液壓比例閥自學習模型（見圖1）可知，程序采取固定的掃描周期，比例閥開度從0%勻速累加到100%，自學習程序可以根據速度曲線變化自動鎖定速度曲線變化、死區（偏流）、增益（最大值）。

圖1　液壓比例閥自學習模型

液壓比例閥自學習模型速度公式為:

式中:Sn為第n個掃描周期所移動的距離，Sn-1為第n-1個掃描周期所移動的距離，t為固定掃描周期。

由圖1可知，對步進梁平移速度曲線進行監測，可以清楚地看到前進過程中比例閥在-40%開度時平移液壓缸開始前進，在比例閥-80%開度時，平移液壓缸達到最大前進速度。后退過程中比例閥在10%開度時，平移液壓缸開始后退，在比例閥50%開度時，平移液壓缸達到最大后退速度。

比例閥4WRZE廠家樣本如圖3所示。通過對比，可得知比例閥特性曲線有很大不同。

圖2　廠家樣本4WRZE曲線

2.2步進梁速度智能APC控制

獲取比例閥閥位開度與速度V的對應數據后，為步進梁速度智能控制奠定基礎。首先步進梁速度變化通過液壓比例閥控制，通過編程，比例閥內部斜坡發生器、階躍函數發生器、加法器的功能完全通過程序替代，參數可直接在程序中修改［2］。

采用速度智能APC控制的公式為:

式中:f（x）為實時速度，X為實時位移，K為比例系數，a為實數。

如圖3所示，通過調節實數a，可以得到不同的f（x）曲線，可以彌補閥位開度與速度的非線性關系。

圖3　步進梁速度智能APC公式f（x）曲線

閥位開度的理想曲線見圖4，IBA軟件實際曲線見圖5。通過實際對比發現，雖然比例閥開度和實際位移按照線性公式給定，但IBA跟蹤軟件顯示，現場液壓設備實際位移并非線性關系。

圖4　理想曲線

圖5　IBA軟件實際曲線

另外，通過采用線性公式與速度智能APC控制公式（見圖6）方框中標示的圖形可以明顯看出，采用速度智能APC控制的速度曲線，在加速、減速過程中位移曲線平滑，無鋸齒，無急速上升、下降情況，控制精度在±1 mm。

通過步進梁動作周期對應表（見表1）可知，優化前步進梁總時間48.22 s，優化后總時間33.67 s，節省14.55 s，同比縮短30.17%的動作時間。

圖6　采用線性公式與速度智能APC控制公式實際曲線對比

表1　步進梁動作周期對應s

3　方案特點

1）可以確定比例閥運行時的特性曲線，使其比例閥控制更加精確。2）減少了比例閥內部設置，比例閥死區（偏流）、增益（最大值）、放大器斜率無需設置。通過比例閥自學習程序尋找比例閥死區（偏流）、增益（最大值）。通過程序在線修改比例閥放大板斜率。3）通過程序可以對放大板增加無數個斜率，優于比例閥最多16通道斜率功能。4）避免了比例閥品牌不同、型號不同、液壓站狀態不同等因素對實際應用所造成的影響。

4　結語

異型鋼加熱爐控制系統通過液壓比例閥自學習模型與步進梁速度智能控制技術相結合的方式，取得了良好的效果，步進梁控制精度及速度顯著提高，精度控制在±1 mm，時間同比縮短30%，提高加熱爐的出鋼節奏，降低鋼坯的氧化燒損和能耗，減少溫室氣體的排放，延長設備使用壽命。

［1］陳奎生，傅連東，易建鋼，等.非對稱泵缸系統模型跟蹤控制研究［M］.北京:中國機械工程，2005.

［2］李國勇.智能控制及其MATLAB實現［M］.北京:電子工業出版社，2005.

Abstrraacctt::The control of speed intelligent APC of the walking beam and the self-learning model of hydraulic proportion valve were researched and developed independently in Laiwu Steel.Firstly，the relationship between the openings of the proportional valve and the displacement curve was found.Secondly，the non-linear relationship between the openings of valve position and speed（distance）was offset by the control of speed intelligent APC.So，it can ensure the precision of the walking beam control within plus or minus one millimeter，and the control performance is superior，the purpose of saving production time can be achieved.

Key worrddss::heating furnace；speed intelligent APC control；self-learning model；walking beam

Application of Speed Intelligent APC Control of Walking Beam in Special Shaped Steel Heating Furnace

WANG Yi
（The Automation Department of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China）

TG334.9

B

1004-4620（2016）05-0055-02

2016-05-10

王毅，男，1984年生，2005年畢業于青島濱海學院應用電子專業。現為山鋼股份萊蕪分公司自動化部工程師，從事自動化控制應用與維護工作。