軋鋼加熱爐步進(jìn)梁控制程序開(kāi)發(fā)

丁強(qiáng)

宣鋼檢修公司 河北張家口 075100

1 開(kāi)發(fā)思路

首先將步進(jìn)梁在縱向垂直面上的矩形運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行動(dòng)作分解為上升、前進(jìn)、下降、后退四個(gè)基本運(yùn)行狀態(tài)，再進(jìn)一步分解成六個(gè)對(duì)應(yīng)步，在PLC程序中對(duì)每一步做出明確定義，上升對(duì)應(yīng)第一步、第二步(以固定梁水平面為界)，前進(jìn)對(duì)應(yīng)每三步，下降對(duì)應(yīng)第四步、第五步(以固定梁水平面為界)，后退對(duì)對(duì)應(yīng)第六步。如圖1所示。

圖1 步進(jìn)梁運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分解圖

其次將步進(jìn)梁的單體設(shè)備操作命令（上升、前進(jìn)、下降、后退、正循環(huán)、逆循環(huán)、踏步、抬平），與程序關(guān)聯(lián)，對(duì)應(yīng)如下（僅以上升、正循環(huán)、逆循環(huán)、踏步為例）：上升：程序順序執(zhí)行STEP1、STEP2；正循環(huán)：程序順序執(zhí)行STEP1、STEP2、STEP3、STEP4、STEP5、STEP6；逆 循 環(huán) ：程 序 順 序 執(zhí) 行STEP3、STEP1、STEP2、STEP6、STEP4、STEP5；踏步 ：程序順序執(zhí)行STEP1、STEP2、STEP4、STEP5，延時(shí)等待一定時(shí)間后，再重復(fù)執(zhí)行上述各步；第三，定義每一步的減速點(diǎn)、停止點(diǎn)和速度給定百分比；最后完善邏輯聯(lián)鎖關(guān)系，確保動(dòng)作可靠安全。

2 程序的關(guān)鍵函數(shù)塊

步進(jìn)梁控制程序的關(guān)鍵函數(shù)塊是速率給定函數(shù)，此函數(shù)決定了如何快速方便地設(shè)置步進(jìn)梁加速、減速速率，是保證步進(jìn)梁運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、快速的關(guān)鍵函數(shù)，也是工程調(diào)試中主要調(diào)試數(shù)據(jù)之一。

此函數(shù)在定時(shí)循環(huán)中斷OB35內(nèi)調(diào)用，速度給定百分?jǐn)?shù)整數(shù)數(shù)值乘以276做為函數(shù)的輸入，函數(shù)輸出值賦值給模擬量輸出地址，通過(guò)AO模塊輸出-10V～+10V（或4-20mA）給比例放大板，由放大板輸出電流驅(qū)動(dòng)液壓閥臺(tái)電液比例閥開(kāi)口大小來(lái)控制通過(guò)油量的多少，最終達(dá)到控制步進(jìn)梁運(yùn)動(dòng)的快慢。

3 該程序的特點(diǎn)

（1）程序邏輯清晰、短小精干，易于調(diào)試。對(duì)于工程需要調(diào)試的數(shù)據(jù)做了明確的定義和接口，非常利于工程實(shí)施中快速調(diào)試。（2）安全可靠。對(duì)安裝于步進(jìn)梁平移缸和升降缸上的重要的傳感器（位移傳感器）具有實(shí)時(shí)智能判斷其是否工作正常，一旦位移傳感器出現(xiàn)故障無(wú)法正常反饋信號(hào)，程序馬上報(bào)警并急停步進(jìn)梁動(dòng)作。（3）易于維護(hù)。位移傳感器是步進(jìn)梁最重要的傳感器，長(zhǎng)期運(yùn)行，加上爐坑下環(huán)境濕熱，多粉塵，因此極易出現(xiàn)故障，當(dāng)更換時(shí)需要校驗(yàn)位移傳感器反饋信號(hào)與實(shí)際位移物理位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系是否正確，因此需要方便快捷的校驗(yàn)方法，本程序開(kāi)發(fā)的位移傳感器信號(hào)與實(shí)現(xiàn)物理位移轉(zhuǎn)換函數(shù)塊集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、位置校正、故障報(bào)警于一體，很好的解決了維護(hù)的方便性。

4 工程調(diào)試

步進(jìn)梁本體是個(gè)龐然大物，其質(zhì)量大、慣性大，由液壓驅(qū)動(dòng)，液壓壓力高達(dá)18MPa，單缸推力達(dá)幾百噸，因此工程實(shí)際調(diào)試是具有危險(xiǎn)性的。如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、甚至錯(cuò)誤，或調(diào)試時(shí)安全措施不到位，那將發(fā)生不可預(yù)計(jì)的后果，輕者發(fā)生液壓桿拉缸、夯缸現(xiàn)象，造成液壓缸開(kāi)裂損壞；重者造成人身傷亡，因此必須要求調(diào)試人員經(jīng)驗(yàn)豐富、思維嚴(yán)謹(jǐn)[1]。雖然步進(jìn)梁程序開(kāi)發(fā)編程方面已經(jīng)為了便于調(diào)試做了充分的準(zhǔn)備工作，但要在實(shí)際工程中，不同的項(xiàng)目，其液壓系統(tǒng)必然存在差異，要想把步進(jìn)梁調(diào)試得既快又穩(wěn)，達(dá)到良好的控制效果，這需要現(xiàn)場(chǎng)工程師深刻理解步進(jìn)梁運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、液壓比例閥的特性，掌握關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)置及它們之間的相互影響。

4.1 調(diào)試主要步驟

（1）停止點(diǎn)：即動(dòng)梁能夠安全運(yùn)動(dòng)的矩形軌跡內(nèi)每步的停止位置，參見(jiàn)圖4圓黑點(diǎn)。（2）減速點(diǎn)：通過(guò)設(shè)置每步開(kāi)始減速的絕對(duì)距離值，再經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算確定每步的減速點(diǎn)位置，參見(jiàn)圖4中方黑點(diǎn)。（3）速度給定：每步的高速運(yùn)動(dòng)、低速運(yùn)動(dòng)速度給定，以百分比設(shè)置，對(duì)應(yīng)比例閥開(kāi)口度；總體給定在：高速區(qū)為60%-95%，低速區(qū)為20%-40%。（4）速率：通過(guò)速率給定函數(shù)設(shè)置加速速率和減速速率。最后，執(zhí)行循環(huán)命令，觀察監(jiān)測(cè)動(dòng)梁運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、震動(dòng)狀況、平穩(wěn)狀態(tài)、步進(jìn)周期，對(duì)各參數(shù)做進(jìn)一步修正、調(diào)整。

4.2 注意事項(xiàng)

（1）必須先執(zhí)行手動(dòng)單動(dòng)命令，操作動(dòng)梁低速前進(jìn)、上升、后退、下降，反復(fù)測(cè)試，確保動(dòng)梁在運(yùn)動(dòng)軌跡內(nèi)無(wú)任何異常響聲，方可執(zhí)行半自動(dòng)命令（正循環(huán)、逆循環(huán)）。（2）高速速度給定值調(diào)整要遵循由小到大，減速點(diǎn)位置設(shè)置值要遵循從遠(yuǎn)及近，加減速速率設(shè)置遵循從大到小，以確保動(dòng)梁從高速區(qū)能夠快速降速到低速區(qū)，防止液壓桿動(dòng)作運(yùn)動(dòng)速度太快而減速區(qū)范圍小，來(lái)不及減速，發(fā)生拉缸、夯缸事故而損壞液壓缸。（3）要清楚參數(shù)修改時(shí)的彼此相互影響。例如：為了提高步進(jìn)周期而增大高速給定值，則減速區(qū)域相應(yīng)修改加長(zhǎng)，否則會(huì)產(chǎn)生大的過(guò)沖量；增大減速速率，則減速區(qū)域相應(yīng)調(diào)整縮短，否則將導(dǎo)致步進(jìn)周期時(shí)間加長(zhǎng)。

4.3 工藝措施

步進(jìn)梁平穩(wěn)性主要取決于加速速率、減速速率、和高低速區(qū)速度設(shè)定；在確保運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的前提下，生產(chǎn)人員最關(guān)注的是步進(jìn)周期的快慢，而影響步進(jìn)周期的最關(guān)鍵之處在于步進(jìn)梁在每步減速后進(jìn)入低速區(qū)到停止點(diǎn)這段行程的距離，最理想狀態(tài)的減速停止區(qū)域是步進(jìn)梁從減速點(diǎn)開(kāi)始減速，當(dāng)速度進(jìn)入低速區(qū)時(shí)恰好到達(dá)此步的停止點(diǎn)，這是優(yōu)化步進(jìn)周期的最核心之處。

5 結(jié)語(yǔ)

采用西門(mén)子S7-400PLC控制器開(kāi)發(fā)的步進(jìn)梁控制程序架構(gòu)合理，經(jīng)過(guò)多年現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證，體現(xiàn)其良好的控制效果；實(shí)際工程調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)希望有助于從事步進(jìn)梁控制和調(diào)試工作的工程人。