加熱爐全過(guò)程自動(dòng)控制

董一鳴

摘 要：唐鋼一鋼軋加熱爐全過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)是在加熱爐開環(huán)電氣控制基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的工藝要求，建立物料跟蹤模型，同時(shí)將加熱爐與軋機(jī)、連鑄間的生產(chǎn)過(guò)程協(xié)調(diào)統(tǒng)一進(jìn)行自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了輥道自動(dòng)、智能排產(chǎn)、裝鋼自動(dòng)、爐內(nèi)燃燒自動(dòng)、出鋼自動(dòng)的全自動(dòng)過(guò)程控制，從而提高了生產(chǎn)效率，降低加熱爐能耗和鋼坯氧化燒損，提高板坯加熱質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較高的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：全過(guò)程；加熱爐；自動(dòng)裝鋼

中圖分類號(hào)：TG307 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）08-0043-01

唐鋼一鋼軋廠1700線連鑄至加熱爐整個(gè)過(guò)程一直采用的是手動(dòng)模式，板坯切割完成后，依靠人工操作將板坯信息發(fā)送至加熱爐，并將實(shí)物板坯運(yùn)送至加熱爐，加熱爐接受到數(shù)據(jù)信息后需手動(dòng)傳至加熱爐一級(jí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)行輥道定位和裝鋼，隨后加熱爐操作人員手動(dòng)控制步進(jìn)梁，當(dāng)板坯達(dá)到出鋼位置，人工確認(rèn)溫度正常后根據(jù)生產(chǎn)情況，進(jìn)行手動(dòng)出鋼。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)傳送和實(shí)物板坯運(yùn)送都需要人工控制，存在著效率低下、錯(cuò)誤率高、數(shù)據(jù)傳輸速率低等缺點(diǎn)，此外，板坯在加熱過(guò)程中的煤氣熱值及爐內(nèi)各段加熱溫度也依靠人工設(shè)定，加熱效率低，精度差。針對(duì)1700線加熱爐的落后狀況，進(jìn)行加熱爐全過(guò)程自動(dòng)控制課題研究和設(shè)計(jì)，具有降成本、提質(zhì)量、增效率的重要意義。經(jīng)過(guò)2017年4月對(duì)加熱爐自動(dòng)控制改造項(xiàng)目的實(shí)施達(dá)到了理想的效果。

1 系統(tǒng)搭建

加熱爐燃燒控制系統(tǒng)采用一臺(tái)PLC控制，1個(gè)主機(jī)架，4個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，PLC采用S7-400系列；一臺(tái)汽化冷卻PLC實(shí)現(xiàn)汽化冷卻系統(tǒng)的過(guò)程控制任務(wù)，1個(gè)S7-400系列主機(jī)架；一臺(tái)電氣PLC控制輥道、裝鋼機(jī)、裝料爐門、步進(jìn)梁、出鋼機(jī)、液壓系統(tǒng)、汽化冷卻系統(tǒng)的電氣控制等，1個(gè)S7-400系列主機(jī)架，4個(gè)ET200M遠(yuǎn)程機(jī)架，采用采用S7-300系列模塊。系統(tǒng)采用2臺(tái)工控機(jī)，其中加熱爐裝料操作室采用一臺(tái)工控機(jī)，用于控制加熱爐的裝料，該計(jì)算機(jī)完成坯料的測(cè)長(zhǎng)、記錄鋼坯的爐號(hào)、鋼號(hào)、完成坯料爐內(nèi)跟蹤等功能；加熱爐出料操作室采用一臺(tái)工控機(jī)，用于控制加熱爐的出料操作。

2 輥道的自動(dòng)控制

當(dāng)按下裝料操作臺(tái)的【自動(dòng)啟動(dòng)】按扭時(shí)，系統(tǒng)將按二級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)送的板坯裝爐計(jì)劃或由加熱爐計(jì)算機(jī)輸入的板坯裝爐計(jì)劃，控制輥道自動(dòng)運(yùn)行。此時(shí)從連鑄4臺(tái)熱送小車輥道來(lái)的板坯經(jīng)入爐輥道A1上的對(duì)射式激光探測(cè)器CMD1有效確認(rèn)，鋼坯并經(jīng)A1輥道編碼器PGA1測(cè)長(zhǎng)驗(yàn)證。板坯經(jīng)過(guò)A2、A3輥道到達(dá)A4、A5輥道進(jìn)行稱重，所得數(shù)據(jù)傳入加熱爐計(jì)算機(jī)。稱重結(jié)束后板坯退回到A2、A3輥道按爐內(nèi)布料圖進(jìn)行定位。至此輥道上的自動(dòng)操作已全部完成。

3 智能排產(chǎn)

連鑄生產(chǎn)板坯有長(zhǎng)短之分，按照相應(yīng)長(zhǎng)度做出單排裝料與雙排裝料的智能排產(chǎn)系統(tǒng)。

3.1 長(zhǎng)板坯（9000～15000mm）

如果A2、A3輥道上是長(zhǎng)板坯，則自動(dòng)選用單排布料方式，自動(dòng)合上離合器。并且使用爐前對(duì)射式激光探測(cè)器CMD4、CMD5，完成板坯的爐前定位，如上次是靠左定位，則本次用靠右定位，以均衡步進(jìn)梁的受力。PLC發(fā)出A2定位完成信號(hào)和A3定位完成信號(hào)后，A2、A3輥道停止動(dòng)作。定位完成后，如果爐內(nèi)兩排的空位都大于該板坯的寬度加間隙，裝鋼機(jī)前進(jìn)到由PLC算出裝鋼機(jī)應(yīng)該前進(jìn)的距離后，板坯被推至步進(jìn)梁上，完成裝鋼過(guò)程。然后后退到裝鋼機(jī)原點(diǎn)。如果爐內(nèi)的空位只要有任何一個(gè)不大于該板坯的寬度加間隙，兩裝鋼機(jī)都將停在原點(diǎn)位置等待，當(dāng)爐內(nèi)空位滿足條件后，再繼續(xù)前進(jìn)完成裝鋼過(guò)程。1#裝鋼機(jī)與2#裝鋼機(jī)進(jìn)退速度的同步，以給定1#裝鋼機(jī)速度，以1#裝鋼機(jī)的速度反饋?zhàn)鳛?#裝鋼機(jī)的速度設(shè)定。兩臺(tái)變頻器一臺(tái)工作于恒轉(zhuǎn)矩，另一臺(tái)工作于恒功率。

3.2 短板坯（6000～7000mm）

PLC自動(dòng)選擇雙排布料方式，自動(dòng)分開離合器。當(dāng)A2、A3輥道上都檢測(cè)到有鋼時(shí)，分別完成A2、A3輥道上的板坯爐前定位，等到PLC發(fā)出A2定位OK和A3定位OK，停止 A2、A3輥道動(dòng)作。如果爐內(nèi)兩排的空位同時(shí)都大于該板坯的寬度加間隙，那么裝鋼機(jī)前進(jìn)直到前進(jìn)到位將板坯推入爐內(nèi)，完成裝鋼過(guò)程，兩推鋼機(jī)停止前進(jìn)，然后同時(shí)后退到原點(diǎn)；如果爐內(nèi)無(wú)空位，兩裝鋼機(jī)都將停在原點(diǎn)位置等待，待爐內(nèi)空位滿足條件后，再繼續(xù)前進(jìn)完成裝鋼過(guò)程。

4 裝鋼的自動(dòng)控制

當(dāng)按下裝料操作臺(tái)【1道裝鋼自動(dòng)】或【2道裝鋼自動(dòng)】按扭時(shí)，如果設(shè)備正常，裝鋼機(jī)和裝料爐門將進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)。首先1#、2#進(jìn)料爐門打開，打開到位后，裝料機(jī)前進(jìn)進(jìn)行板坯推正工作，當(dāng)裝料機(jī)編碼器PG101、PG102發(fā)出到位信號(hào)后，裝料機(jī)將根據(jù)板坯寬度進(jìn)行裝料機(jī)退回工作，以保證裝料機(jī)托爪不伸出板坯邊緣。板坯推正后使用液壓驅(qū)動(dòng)的裝鋼機(jī)從輥道上提升板坯，當(dāng)提升到位后裝鋼機(jī)行走制動(dòng)器得電，松開抱閘，電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)裝鋼機(jī)前進(jìn)將板坯送入爐內(nèi)計(jì)算好指定位置（裝鋼行程），當(dāng)裝料機(jī)編碼器PG101、PG102發(fā)出到位信號(hào)后，液壓缸驅(qū)動(dòng)裝鋼機(jī)下降將板坯放在步進(jìn)梁上，下降到位后，裝鋼機(jī)行走制動(dòng)器得電，松開抱閘，電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)裝鋼機(jī)后退回到裝鋼機(jī)原點(diǎn)，當(dāng)發(fā)出后退到位信號(hào)后，裝料爐門下降到位后，完成一個(gè)裝鋼操作。

5 爐內(nèi)的自動(dòng)控制

步進(jìn)梁通過(guò)上升、前進(jìn)、下降、后退的4個(gè)動(dòng)作，將板坯從裝料端向出料端輸送，步進(jìn)梁具有“輕抬輕放”功能，減少對(duì)步進(jìn)梁絕熱層的損壞。步進(jìn)梁的步距為550mm，板坯在爐內(nèi)前進(jìn)的同時(shí)，位于爐兩側(cè)的蓄熱式燃燒系統(tǒng)對(duì)板坯進(jìn)行上下左右四面加熱。板坯到達(dá)出料端時(shí)，已經(jīng)達(dá)到要求加熱的溫度950-1150℃。步進(jìn)機(jī)構(gòu)具有反向運(yùn)動(dòng)功能，鋼坯經(jīng)過(guò)步進(jìn)機(jī)構(gòu)的反向功能，可以從出料側(cè)退到裝料側(cè)。當(dāng)保溫時(shí)間長(zhǎng)，步進(jìn)機(jī)構(gòu)具備踏步、等高功能，防止板坯懸臂過(guò)大影響坯料在爐內(nèi)的運(yùn)送。

（1）步進(jìn)周期自動(dòng)操作。當(dāng)出料側(cè)的熱金屬激光探測(cè)器UV1、UV2檢測(cè)無(wú)鋼，且裝鋼機(jī)、出鋼機(jī)處于原始位置時(shí)，可以進(jìn)行步進(jìn)周期自動(dòng)操作。步進(jìn)梁自動(dòng)做上升—前進(jìn)—下降—后退的正循環(huán)運(yùn)動(dòng)，再由操作者通過(guò)按鈕自動(dòng)或手動(dòng)操作出鋼。

（2）踏步和等高自動(dòng)操作。由裝料操作者通過(guò)按鈕操作，步進(jìn)梁只進(jìn)行上升和下降動(dòng)作。步進(jìn)梁由原始位置開始進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作，上升到極限—延時(shí)—下降，使坯料在爐內(nèi)原地踏步，這是待軋時(shí)間小于一小時(shí)時(shí)采用的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。踏步時(shí)，上升和下降的總時(shí)間可比正常工作的周期時(shí)間加長(zhǎng)，連續(xù)踏步的持續(xù)時(shí)間可在2～10分鐘內(nèi)選擇。

（3）等高踏步自動(dòng)操作。由裝料操作者通過(guò)按鈕操作，步進(jìn)梁只進(jìn)行上升和下降動(dòng)作。步進(jìn)梁由原始位置開始進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作，上升到定梁高度—延時(shí)—下降，使坯料在爐內(nèi)原地踏步，并可得到多點(diǎn)托鋼，進(jìn)一步減少水印，這是待軋時(shí)間超過(guò)一小時(shí)時(shí)采用的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。等高踏步時(shí)，上升和下降的總時(shí)間可比正常工作的周期時(shí)間加長(zhǎng)，連續(xù)等高踏步的持續(xù)時(shí)間可在2～10分鐘內(nèi)選擇。

6 出鋼的自動(dòng)控制

當(dāng)按下出料操作臺(tái)上的【自動(dòng)】按鈕并按下【1道出鋼自動(dòng)】或【2道出鋼自動(dòng)】按扭時(shí)，接到軋線發(fā)出的要鋼信號(hào)（此時(shí)出料操作臺(tái)上1道鋼坯到位或2道鋼坯到位指示燈亮）時(shí)，根據(jù)坯料布置情況，先打開1#、2#出料爐門，爐門上升到位后，行走機(jī)構(gòu)制動(dòng)器得電，松開抱閘，出鋼機(jī)按事先計(jì)算好的出鋼行程控制出鋼臂伸入爐內(nèi)取鋼位置，出鋼機(jī)編碼器201MG、202MG發(fā)出到位信號(hào)，出鋼機(jī)升降制動(dòng)器得電，松開抱閘，出鋼臂從步進(jìn)梁上提升板坯，提升到位后，出鋼臂后退到處鋼輥道處，到位后控制出鋼機(jī)下降將板坯放在出料輥道上，下降到位后，控制出鋼機(jī)退回到原始位置，到位后控制出料爐門下降，下降到位后，一個(gè)出鋼周期完成。

7 實(shí)施效果

加熱爐由手動(dòng)操作改變?yōu)槿芷谧詣?dòng)操作模式：當(dāng)按下裝料操作臺(tái)或出料操作臺(tái)上的【全自動(dòng)】按鈕時(shí)，如果此時(shí)滿足全自動(dòng)運(yùn)行條件，系統(tǒng)將按照二級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)送的板坯裝爐計(jì)劃，自動(dòng)控制輥道、裝料爐門、裝鋼機(jī)、步進(jìn)梁、出料爐門、出鋼機(jī)按加熱爐設(shè)備的規(guī)定動(dòng)作，順序、連續(xù)不斷地周期完成出鋼和裝鋼操作。出鋼周期由軋鋼產(chǎn)量確定，出鋼信號(hào)由軋機(jī)提供。此控制方案極大的提高了送坯效率和準(zhǔn)確度，簡(jiǎn)化鋼坯庫(kù)的操作，橫移臺(tái)車實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作，可減少用工人數(shù)4人/班，產(chǎn)量提高24.7%，年創(chuàng)效274.5萬(wàn)元。