常化爐鋼板跟蹤控制系統的研究

秦 靜

（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

0 引言

常化爐鋼板跟蹤控制系統直接影響進出料操作安全，實現對鋼板在爐內的加熱時間、爐溫控制等影響熱處理產品質量的控制。對于大多數鋼板生產廠家而言，熱處理爐主要使用輥底式傳動方式，其所使用的跟蹤控制系統的實現方式和功能十分重要。本文主要從以該系統的硬件組成、鋼板跟蹤控制系統軟件設計以及鋼板跟蹤控制系統的應用效果分別進行相應分析。重點闡述了鋼板跟蹤控制系統的以下四方面基本功能的實現：（1）鋼板在常化爐運行過程當中所處的位置；（2）根據鋼板所在的位置來設置輥道的速度，確保鋼板在常化爐內的加工時間得到保證；（3）在常化爐內放置電光管實現鋼板的自動校正；（4）確保常化爐內兩塊相鄰的鋼板不會發生任何接觸和碰撞。

本文主要從3個方面對于常化爐鋼板跟蹤控制系統進行深入分析。

1 硬件組成

一般而言，常化爐鋼板跟蹤控制系統的硬件設備包括以下設備：控制器、輥道、變頻器、調速驅動裝置。以下對于這些設備參數、規格進行詳細分析說明。

正常情況下，常化爐鋼板跟蹤控制系統所采用的控制器為西門子公司型號為416-2DP的PLC。常化爐大多采用的是單輥傳動，輥子數量控制到180根。每一個輥道都需要通過變頻器實現驅動，一般采用西門子6SE70系列的變頻器驅動，且變頻器是通過總線與PLC進行連接，輥道數量過多時，為避免發生擁堵掉線，需要分別設計3組DP總線。調速驅動裝置主要分為PZD部分和PKW部分。

2 鋼板跟蹤控制系統軟件設計

經過筆者長期的研究發現，常化爐鋼板控制系統功能的實現相對而言比較復雜。要想更加高效地實現各個功能，可將常化爐鋼板控制系統分為3個不同的模塊分別展開設計。第一層模塊：通訊接口模塊，該層模塊僅可實現PLC與變頻器之間的通訊，兵流出接口為上層組件提供一定的服務，而不具備實現任何的業務邏輯功能；第二層模塊的主要功能在于實現最基本的鋼板跟蹤業務邏輯；第三層模塊建立在之前兩層模塊的功能基礎之上，是可實現完整鋼板跟蹤功能的模塊。以下主要對于變頻器通訊接口模塊、維護鋼板信息表模塊以及最終系統功能實現模塊3個方面分別進行詳細的分析，以下為詳細內容。

2.1 變頻器通訊接口模塊

變頻器通訊接口模塊主要實現PLC與變頻器之間的通訊功能。一般來說主要由以下4個組件構成：輥道速度DB110塊、變頻器信息DB110塊、功能函數FC101以及功能函數FC100。以下分別對這4個組件的功能和作用逐一展開詳細分析。

首先，輥道速度DB110塊。該模塊的具體結構如下：一個Real型數組，所裝輥道所需要達到的速度；一個接口，上層模塊命令所需要達到的輥道速度，將其寫入到DB模塊當中的具體位置，從而實現對輥道的控制。

然后是變頻器信息DB100塊，這一模塊主要是PLC發送和接受變頻器的信息的輸入輸出緩沖區。

再就是功能函數FC101。其主要作用在于將輥道速度當中的相關數據寫入到PLC的輸出緩沖區。

最后是功能函數FC100，主要是通過調用SFC14、SFC15來實現與變頻器之間的通訊，SFC14、SFC15分別完成了讀取變頻器狀態和對變頻器命令的寫入功能。

2.2 維護鋼板信息表模塊

常化爐鋼板跟蹤控制系統主要是通過對鋼板信息表這一模塊的維護來進行工作的，并從變頻器當中所獲取相關信息，通過輥道速度來確定鋼板的所處位置。表1為常化爐鋼板跟蹤控制系統的核心數據。

表1 常化爐鋼板跟蹤控制系統的核心數據

一塊鋼板在常化爐中的處理如下：首先鋼板經過了長度測量等一系列工作之后，會在輥道的帶動之下直接進入到常化爐當中。當鋼板前端進入常化爐內的4號光電管時，就開始作為鋼板的跟蹤起點。這時，該系統就會根據鋼板的厚度、長度、目標溫度以及常化爐內的溫度來準確計算測量出鋼板最終的加熱時間以及運行的速度。之后只需要定時根據鋼板所處的位置輥速來刷新鋼板的位置信息，就可以完全實現對鋼板的跟蹤控制了。

這一框架為常化爐鋼板跟蹤的基礎框架，基本上能夠實現大部分功能，但也是不夠完整的。主要原因為常化爐在工作過程當中，爐內并不僅僅只有一塊鋼板，而是有多塊鋼板的，此時常化爐內的鋼板之間必須保持足夠的安全距離，避免鋼板之間可能發生的碰撞等情況。與此同時，常化爐鋼板跟蹤控制系統主要是依據輥速計算出鋼板位置，那么也就可能會因為鋼板打滑、輥速脈動等多種原因造成定位不精準等情況，因此十分有必要采用光電管對鋼板位置進行校正。

2.3 最終系統功能實現模塊

第三個模塊是常化爐鋼板跟蹤系統最終系統功能實現模塊。最終系統功能主要包括3個方面：鋼板間距控制、鋼板位置自動校正以及輥速的溫度補償。以下逐一對這3個功能的實現展開詳細分析。

2.3.1 鋼板間距控制

在常化爐鋼板跟蹤控制系統的基本框架能夠實現的基礎之上，增加監視鋼板間距功能，能夠有效控制鋼板之間的間距。一般來說，主要使用的是OB35函數，平均每100 ms運行一次，確保兩塊鋼板之間的間距處于安全距離之內。為了進一步的確保安全，可以設定兩個或兩個以上的安全距離，包括安全距離減速距離。

2.3.2 鋼板位置自動校正

鋼板位置的自動校正，正常情況下是通過鋼板遮擋熱檢信號來實現位置的自動校正的，且常化爐鋼板跟蹤控制系統之間一般會有10個左右的熱檢來對鋼板的位置進行自動校正。其校正程序如下：開始→光電管是否被遮擋→是（否）→查出鋼板頭部位置在此光電管位置范圍內的鋼板（結束）→此鋼板是否已在此位置校正過→否（是）→鋼板計算偏差值=計算值-光電管位置；鋼板頭部位置=光電管位置；鋼板位置校正位置（結束）→結束。

2.3.3 輥速的溫度補償

最后一個功能就是輥速的溫度補償。一般來說，在常化爐熱處理鋼板的過程當中，由于常化爐內的溫度相對而言會比較高，會直接導致輥子受熱而發生膨脹，相比較于室溫的條件之下輥子的直徑也會變大，角速度不變時，線速度一定程度上會提高，因此就需要將設定的速度在乘以修正系數之后再發送給變頻器。修正過程為：第一步，判斷輥子的爐溫是否超過了溫度補償的閾值；第二步，一旦超過閾值則需要根據如下公式來計算修正因素，公式為：f=dc/（de+tε）；第三步，如果未發現超出閾值，則修正因素為1。

3 鋼板跟蹤控制系統的應用效果

在常化爐鋼板熱處理的過程當中應用鋼板跟蹤控制系統之后，取得了很好的效果，此系統也表現出了很好的性能，主要體現在以下方面：首先，鋼板在常化爐當中的位置準確度得到了進一步的提高，對于鋼板速度和位置控制也更加精準，能夠有效確保鋼板在常化爐內的加熱時間嚴格遵循施工工藝。此外，更重要的是常化爐鋼板跟蹤控制系統所使用的軟件結構分明，方便今后在此基礎上再一次進行功能擴充。例如在常化爐內增加鋼板自動吹水功能，就需要建立在對鋼板位置跟蹤控制的基礎之上才能夠實現。總而言之，通過對常化爐鋼板跟蹤控制系統的實際投入使用，不僅能夠提高鋼板的熱處理質量和熱處理效率，還實現了成本的控制，能夠獲得最大的經濟效益，保證了鋼板熱處理當中的安全性。

4 結束語

本文主要從硬件組成、軟件設計包括變頻器通訊接口模塊，維護鋼板信息表模塊、最終系統功能實現模塊、運行原理以及在實際使用過程當中所能夠達到的最終效果等多個方面對于常化爐鋼板跟蹤控制系統進行了深入研究。可以說這3個模塊的相互作用，不僅能夠實現對常化爐內鋼板位置的控制、輥道速度控制以及鋼板位置的自動校正，更能夠實現對鋼板之的安全距離的控制、輥速溫度的補償等多個控制功能。此外，鋼板跟蹤控制系統在實際應用過程當中能夠發揮良好的性能，取得了較好的使用效果。