加热炉的温度自动控制系统_重钢4100mm宽厚板步进式加热炉自动控制系统

　　[摘 要]介绍了重钢4100mm步进式加热炉的自动顺序控制系统。系统投入运行后性能稳定、效果良好。 　　[关键词]加热炉步进控制顺序控制 　　[中图分类号]TP2[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0048-01
　　
　　重庆钢铁股份有限公司4100mm宽厚板工程现配套两座步进梁式加热炉,采用双排料,双步进机械,燃烧方式采用高焦混合煤气的空气单蓄热方式。
　　1 概述
　　重钢环保搬迁项目中厚板厂投产了两套双步进机械的步进梁式加热炉,加热炉的额定加热能力为220t/h,所加热的钢坯规格为230x2300x3600mm,是目前国内规模较大、自动化程度较高的工业炉。整个炉区自动化控制系统完成钢坯由装钢辊道输送至炉前定位辊道上的入炉定位控制,并通过精确控制步进梁机械的运行将钢坯从炉内装料侧输送至炉内出料侧,最后通过出料侧辊道将钢坯送出到主轧线。被控设备以装钢侧辊道、装、出钢机、炉内步进梁、出钢侧辊道为核心,辅之以上料辊道、测长称重辊道、待料辊道、装钢炉门以及炉后出钢炉门等设备,使用顺序控制的方式协调各设备的单动、联动关系,从而完成炉区坯料输送的全自动控制。
　　2 系统硬件及网络组成
　　从上料台架到出炉辊道的整个炉区自动化控制系统采用高性能的S7-400 可编程控制器及全数字交流传动装置(6SE70),并通过以太网与上位机监控系统,主轧线的PLC 相联。具体系统单线图如图1所示。
　　通讯网络的第一层:人机接口与PLC之间及PLC彼此之间的以太网,实现轧制工艺参数的设定和各设备的状态、工艺、电气参数、故障在人机接口CRT的显示控制信息及数据传送;通讯网络的第二层:PLC 与远程I/O站之间及PLC与传动系统之间的DP网,实现PLC对系统控制指令的传送和系统状态及参数的收集。
　　3 控制系统软件设计
　　炉区控制系统软件编程的重点与难点按工艺流程主要包括坯料的测长称重与入炉定位、入出炉控制、炉内步进梁的控制、顺序控制四部分。
　　3.1 坯料的测长称重与入炉定位
　　为了完成钢坯的入炉精确定位并准确、科学地计算整条轧线的合格率与成材率,都要求测得钢坯的确切长度。在测长辊道的适当位置安装金属检测器和旋转编码器,通过检测坯料头尾经过的间隔时间和辊道速度,计算坯料的实际长度。
　　要求对炉外等待入炉的不同长度钢坯实现准确的入炉中心定位,即钢坯在炉内宽度方向的定位误差≤50mm,因此在获得钢坯精确长度的基础上,控制测长称重辊道及装钢辊道的线速度使其保持同步,钢坯实际行走的距离为:D=d+1/2(W+L)。其中:d为靠近装钢炉门前的冷金属检测器距加热炉内炉壁的距离;W为加热炉炉内净宽;L为钢坯的实际测量长度。并且进入炉前待料辊道时,辊道速度降为0.2m/s。
　　装钢机前进推钢矫正(每根装钢臂上设有一个高于辊面的推头,当装钢臂缓慢前进时,推头将钢坯向前推动一定行程,使运输过程中产生歪斜的钢坯摆正)后,由测长仪测量坯料长度,计算定位误差,如果误差>50mm,则根据测长得到的数据启动二次定位。
　　3.2 装钢机自动装、出钢
　　装钢机进退由电机控制,升降由液压控制。在完成辊道二次定位后,装钢机后退回到抬钢位,即装钢臂中心位正对辊道中心位。通过计算装钢机在板坯被测宽光栅检得之前的脉冲,得到板坯实际宽度。计算得到的宽度,用于确定板坯装入炉内合适位置时装钢机还需要前进的行程,并确定后续板坯的跟踪位置,该块板坯头部与前一块板坯尾部间隔50mm―100mm。计算完成后托钢至放钢位,装钢机后退到门安全位、炉门关闭、装钢机后退到初始位置、准备下一周期循环。
　　由于炉前两组装钢辊道只有一个编码器,自动方式下,两个装钢机便不能同时装钢。非自动方式,可以同时装两块坯料,但此时测宽光栅失效,坯料宽度按输入的宽度值计算。
　　出钢机工作原理与装钢是一致的,当坯料被检测到位后,计算出钢机臂需要前进的位置,托出钢坯至出钢辊道上。装、出钢机都是可逆运动的,可将坯料托入或托出加热炉。
　　3.3 炉内步进梁的控制
　　步进梁机械装置包括一个固定炉内步进梁的上部平移框架,和一个为平移框架提供支撑和运行轨道的下部提升框架,下部提升框架在斜台轨上运动完成提升动作。提升框架及平移框架的交替连续动作,使坯料在炉内步进式地向前输送。提升框架在斜台轨上作升降运动时,平移框架不动,步进梁做上升及下降运动(严格按垂直方向运动)。当平移框架作前后运动时,提升框架不动,步进梁做前进或后退运动(严格按水平方向运动)。步进机械功能包括:正循环―步进梁(抬起―前进―放下―后退);逆循环―步进梁(前进―抬起―后退―放下);踏步―板坯只作升降运动(上升―下降);中间保持―活动梁和固定梁同时支撑板坯。
　　步进梁将以不同的速度,完成一个矩形周期运动。板坯在炉内向前运送,一旦被设置在出料口的(收/发型)位置检测器检测到,板坯自动停到出钢位置。
　　对步进梁活动梁的控制实际上是对步进梁液压站比例阀的控制,而比例阀是一个带死区的一阶惯性环节,因此对步进梁每一步前进或后退的量都用位移传感器测量步进量,计算坯料跟踪位置。
　　3.4 顺序控制
　　综观炉区所有被控设备,各环节之间既相互关联又具有一定的顺序要求,即某一环节动作结束,触发下一环节动作的开始;当正常的运行被打断,如设备故障、人工干预等;当故障解除、人工干预结束后系统应能恢复正常的运行。利用PLC的编程指令,将炉区的整个控制分为若干步,确定好每步的联锁关系及步与步之间的触发关系,把每步当作逻辑编程的一个状态。这样编程条理清晰、修改方便、易读性好。
　　综上所述,整个炉区的控制是个较为独立的控制系统,通过以太网与上位机相联,是构成整个自动化系统的一个重要组成部分。生产实践证明:对钢坯入炉定位的控制、步进梁的控制、位置检测元件的选择以及顺序控制的编程均能够很好地满足加热炉出钢节奏的要求,达到了工艺设计要求水平。系统性能稳定,效果良好。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文