PLC控制系統(tǒng)在寬厚板加熱爐裝、出鋼機(jī)控制中的應(yīng)用

張澤偉

摘 要：由于PLC系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，工作可靠，可直接將現(xiàn)場(chǎng)的控制信號(hào)連接至系統(tǒng)中，因此加熱爐采用工業(yè)PLC控制系統(tǒng)可以提高對(duì)加熱爐控制的精度和準(zhǔn)確性，同時(shí)PLC系統(tǒng)的價(jià)格低廉，所以在加熱爐控制中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；加熱爐

下面我們要分析的是步進(jìn)式加熱爐的控制系統(tǒng)。整個(gè)爐區(qū)的基礎(chǔ)自動(dòng)化采用S7系統(tǒng)作為核心控制設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)加熱爐的電氣/儀表的檢測(cè)、控制。

PLC系統(tǒng)選用SIEMENS S7-400系列，CPU采用SIMATC S7-416-2DP控制器，PLC之間采用CP443-1進(jìn)行工業(yè)以太網(wǎng)的通訊.在機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間采用ET200M。對(duì)于分散檢測(cè)/控制點(diǎn)，采用遠(yuǎn)程I/O通過(guò)PROFIBUS-DP同控制系統(tǒng)交換信息；對(duì)于加熱爐本體裝出鋼機(jī)用的變頻裝置等，CPU則直接通過(guò)PROFIBUS-DP來(lái)采集/發(fā)送其各種工作狀態(tài)信息、控制指令，裝出鋼機(jī)、爐門(mén)的各種動(dòng)作。

下面進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明PLC系統(tǒng)在加熱爐裝、出鋼機(jī)的電控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 加熱爐裝、出鋼機(jī)電控部分主要設(shè)備

裝鋼機(jī)：裝鋼機(jī)是由4根焊接結(jié)構(gòu)托桿組成，具有上升下降，前進(jìn)后退功能，裝鋼機(jī)的升降是由2支液壓缸通過(guò)同步軸驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)設(shè)置在各托桿下方的托輥聯(lián)桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。裝鋼機(jī)進(jìn)退由1臺(tái)電動(dòng)機(jī)經(jīng)對(duì)應(yīng)的減速箱驅(qū)動(dòng)2組托桿的齒輪齒條傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)進(jìn)退取鋼運(yùn)動(dòng)。裝鋼機(jī)有上、下、前、后4個(gè)位置。

裝/出料爐門(mén)：在爐子進(jìn)料端和出料端各設(shè)有一套爐門(mén)，爐門(mén)配有一套液壓驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)，由1支液壓缸牽拉帶動(dòng)鏈輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈條牽引爐門(mén)升降啟閉。爐門(mén)的工作行程位置由行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)。裝料爐門(mén)有上和下兩個(gè)位置；出料爐門(mén)有上、中、下3個(gè)位置。

出鋼機(jī)：加熱爐設(shè)置兩套完全獨(dú)立的出鋼機(jī)。出鋼機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主體是2根托桿。每套出鋼機(jī)的升降由2支液壓缸并聯(lián)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)設(shè)置在各托桿下方的托輥杠桿（剛性連接）來(lái)完成。每套出鋼機(jī)進(jìn)退由1臺(tái)帶編碼器檢測(cè)行程的變頻電機(jī)經(jīng)1臺(tái)減速箱分別驅(qū)動(dòng)2組托桿的齒輪齒條傳動(dòng)裝置。出鋼機(jī)其運(yùn)動(dòng)軌跡為：進(jìn)/升/退/降，有上、下、前、后4個(gè)位置。

液壓系統(tǒng)：液壓站主要由5臺(tái)恒壓的110kW主泵電機(jī)、2臺(tái)7.5kW循環(huán)泵電機(jī)組成，其中主泵4臺(tái)工作，1臺(tái)備用；循環(huán)泵1臺(tái)工作，1臺(tái)備用。

2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 硬件構(gòu)成

電氣控制主要由1個(gè)電氣柜及1個(gè)遠(yuǎn)程柜組成。

電氣柜內(nèi)部包括CPU416-2DP用以處理數(shù)據(jù)；CP443用作以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換；數(shù)字量輸入輸出模板用來(lái)處理爐體數(shù)字信號(hào)，例如爐門(mén)位置、裝出鋼機(jī)限位等；另外還有1塊FM350高速計(jì)數(shù)模塊用來(lái)處理裝出鋼機(jī)碼盤(pán)讀數(shù)。

遠(yuǎn)程柜主要由數(shù)字量輸入輸出模板組成，用來(lái)控制操作臺(tái)操作按鈕以及各種輸出燈的信號(hào)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

上層網(wǎng)絡(luò)：采用以光纖（OME）為介質(zhì)的基于交換機(jī)的快速以太網(wǎng)（FAST ETHERNET），保證通訊功能的快速性和可靠性。

底層網(wǎng)絡(luò)：采用PROFIBUS-DP。它以12MB的高通訊速率，完成對(duì)逆變器、遠(yuǎn)程I/O、傳感器的狀態(tài)信息和驅(qū)動(dòng)信息的數(shù)字化傳輸。而且性能極高。同時(shí)減少了大量的控制電纜。

3 控制內(nèi)容說(shuō)明

3.1 裝鋼機(jī)的控制

裝鋼機(jī)水平移動(dòng)采用1臺(tái)變頻器傳動(dòng)的平移電機(jī)，并安裝1臺(tái)編碼器（PLG），裝料機(jī)的前后安裝2個(gè)接近開(kāi)關(guān)。裝鋼機(jī)升降移動(dòng)采用液壓系統(tǒng)控制，液壓缸行程由接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行升降高度檢測(cè)。正常情況下，由PLG、VVVF、電機(jī)和裝鋼機(jī)構(gòu)成的裝鋼系統(tǒng)，在PLC的控制下，完成裝鋼機(jī)的平移及爐內(nèi)坯料定位功能。最大裝鋼位置誤差可控制在±10mm之內(nèi)。

裝鋼動(dòng)作的全過(guò)程：

開(kāi)啟裝料爐門(mén)的同時(shí)，裝鋼機(jī)上升托起鋼坯。裝鋼機(jī)前進(jìn)，將鋼坯送到距離上一塊坯料的后沿60mm處，放下并返回到原始位。同時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始了對(duì)本塊鋼坯的物料跟蹤。

由于鋼坯的寬度不同，而步進(jìn)梁的步距一定，對(duì)于每塊當(dāng)前的被裝坯料而言，其前塊坯料的后沿位置都是一個(gè)變數(shù)，坯料之間的距離也可以人為設(shè)定，所以裝鋼機(jī)的每一次裝鋼位移量是不同的，也就是說(shuō)，這是一個(gè)全動(dòng)態(tài)過(guò)程。

3.2 出鋼機(jī)的控制

出鋼機(jī)水平移動(dòng)采用由變頻器拖動(dòng)的2臺(tái)平移電機(jī)，拖動(dòng)2套出鋼裝置。左右出鋼裝置可以同時(shí)進(jìn)退和分別進(jìn)退。在每臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)軸的另一端，各安裝1臺(tái)編碼器（PLG），出鋼桿的前后各2個(gè)極限開(kāi)關(guān)。出鋼機(jī)升降移動(dòng)采用液壓控制，左右出鋼桿同時(shí)升降。液壓缸行程由接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行升降高度檢測(cè)。正常情況下，由PLG、VVVF、電機(jī)和出鋼裝置構(gòu)成出鋼機(jī)系統(tǒng)，在PLC的控制下，完成出鋼機(jī)的平移功能，最大位置誤差可控制在±10mm之內(nèi)。

步進(jìn)梁前進(jìn)時(shí)，當(dāng)靠近爐頭一塊鋼坯的前沿信號(hào)被激光檢測(cè)器捕捉，則開(kāi)始檢測(cè)并記錄坯料前進(jìn)的位移，同時(shí)步進(jìn)梁走完這一步后，步進(jìn)梁暫停循環(huán)，等待出鋼。

此時(shí)根據(jù)出鋼機(jī)爪的前沿所在位置、坯料的前沿所在位置、坯料的寬度，計(jì)算出出鋼機(jī)取鋼距離。然后托出坯料，并放在出料輥道中心線上。

3.3 裝出料爐門(mén)的控制

裝料爐門(mén)為一扇，采用全液壓驅(qū)動(dòng)，有全開(kāi)/全閉的動(dòng)作控制。

出料爐門(mén)分為左右兩扇，可分別開(kāi)閉，采用全液壓驅(qū)動(dòng)，具備全開(kāi)/半開(kāi)/全閉的動(dòng)作控制。

3.4 液壓站的控制

液壓站通過(guò)遠(yuǎn)程I/O實(shí)現(xiàn)控制，通過(guò)OP270實(shí)現(xiàn)液壓站油泵的就地啟/停，而液壓站油箱液位、油溫、過(guò)濾器的狀態(tài)檢測(cè)則通過(guò)PLCFIBUS–DP直接傳給PLC系統(tǒng)，使操作人員可以直接在NMI畫(huà)面直觀的觀察到液壓站運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。

4 HMI的配置

采用客戶機(jī)/服務(wù)器方式。為保證系統(tǒng)的可靠性，用兩套完全相同的高配置計(jì)算機(jī)做為HMI的服務(wù)器，形成熱冗余監(jiān)控系統(tǒng)。

采用多臺(tái)主流配置的計(jì)算機(jī)做客戶機(jī)，以完成對(duì)整個(gè)加熱爐區(qū)的儀表、電氣的控制。所有HMI的畫(huà)面相同，根據(jù)客戶機(jī)應(yīng)用功能的不同而設(shè)置不同的使用權(quán)限，這樣系統(tǒng)將非常穩(wěn)定可靠。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用PLC控制系統(tǒng)配置靈活，投資經(jīng)濟(jì)，程序可方便快捷地在線修改；HMI提供的監(jiān)視畫(huà)面實(shí)現(xiàn)了可視化的操作畫(huà)面，使得操作更直接、快捷。無(wú)論在精度、穩(wěn)定性及其他一些控制系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)方面，PLC均能達(dá)到滿意效果，對(duì)保證生產(chǎn)正常、提高產(chǎn)品質(zhì)量起到了良好的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]韓鳳祥，吳立新.PLC控制變頻器在加熱爐出鋼機(jī)中的應(yīng)用[J].變頻器世界，2006（5）：102-103.