板帶廠推鋼式加熱爐推鋼機速度自動控制系統(tǒng)

馬瑾

（湖南博長控股集團冷水江鋼鐵有限責任公司，湖南 婁底 417500）

板帶廠傳統(tǒng)推鋼式加熱爐內板坯的移動由推鋼機來推動，推鋼機采用液壓驅動，普通液壓電磁換向閥可以實現(xiàn)前進與后退的功能，但不具備流量調節(jié)功能。因此液壓油缸的速度快慢無法調節(jié)，存在輕載過慢而重載過快的問題，輕載過慢時影響了生產節(jié)奏，而重載過快時振動較大且容易引起環(huán)保問題，并且還容易損傷加熱爐爐筋管以及輔助設備，所以需設計一套能根據(jù)負載輕重來實現(xiàn)自動速度調節(jié)的控制系統(tǒng)來解決以上問題。

1 控制系統(tǒng)組成

1.1 主控系統(tǒng)

推鋼機屬于爐區(qū)設備，主控系統(tǒng)為西門子400PLC，CPU 為416-2，機架中帶有數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出模塊，爐區(qū)PLC 主要控制除加熱爐燃燒本體外其他一些爐區(qū)設備如入出爐輥道、推鋼機、出鋼機、爐區(qū)除鱗水、爐區(qū)液壓站等。

1.2 現(xiàn)場液壓儀表

根據(jù)爐區(qū)液壓站最高液壓壓力選擇一個量程合適的液壓壓力傳感器，帶有4～20 mA 輸出以及電干接點，最好是傳感器本身還帶有屏幕顯示以便于調試。傳感器安裝于推鋼機的液壓閥臺上，用于檢測推鋼機的液壓壓力。

因推鋼機對速度控制的要求并不是很高，不需要采用伺服閥，只需裝有符合壓力及流量要求的普通比例流量控制閥即可。

2 工作原理

板坯通過入爐輥道送至推鋼機位置，推鋼機的作用是將板坯推入加熱爐中，由加熱爐將板坯加熱到合適的溫度以便于軋制。在推鋼機前進推鋼過程中，共有3 個階段，分別是空載、輕載、重載。空載階段：推鋼機啟動前進至接觸到將入爐的板坯以及板坯推到位后退返回時。輕載階段：推鋼機推動將入爐的板坯往加熱爐內移動至接觸到爐內板坯。重載階段：推鋼機推動爐內所有板坯向出爐口移動。針對3 個階段可以設計高速與低速兩段速度控制，空載和輕載時采用高速，重載時采用低速。

通過安裝在液壓閥臺上的壓力傳感器來檢測推鋼機的油壓，從而判斷是輕載還是重載的情況，然后由PLC 控制推鋼機的液壓比例閥的不同開口度進而控制推鋼機的速度，從而實現(xiàn)空載、輕載時高速，重載時低速的目的。

3 具體實施方式

把入爐鋼坯運送至擋板處停止，操作工按下“推鋼機前進”按鈕，推鋼機以高速（70%速度，如圖1所示）將入爐鋼坯推向加熱爐內，當入爐鋼坯與爐內鋼坯完全接觸，加熱爐內所有鋼坯被推動前進時，壓力傳感器檢測油壓達到70 MPa，發(fā)出壓靠信號（如圖2 所示）給西門子PLC，PLC 向推鋼機比例閥發(fā)出低速（30%速度）信號控制推鋼機低速前進，當鋼坯到達指定位置時操作工按下“停止”按鈕，然后再按下“推鋼機返回”按鈕，推鋼機再以高速返回原位。

圖1 STEP7 高速信號梯形圖程序示意圖

圖2 壓力傳感器信號線接PLC 模塊示意圖

4 調試注意事項

4.1 壓力傳感器

首先需要確定液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力最大值，通常在設計說明書中可以知曉。壓靠壓力的選取需要在現(xiàn)場觀察推鋼機的動作進行準確選擇，選取在推鋼機推動爐內所有鋼坯一瞬間的壓力值。此信號有2 種處理方式：由壓力傳感器傳送4～20 mA 模擬量給PLC，經由PLC 編程軟件STEP7 中模擬量轉換塊轉換為具體壓力值，然后使用比較邏輯塊確定壓靠信號；將壓靠壓力值在傳感器設置為干接點動作的輸出值，同時設置開關點回復值為500 kPa，相應的輸出會在預設開關點到達時切換并在壓力下降到低于回復點時切換回復。

4.2 液壓比例閥

液壓比例閥是一種新型的液壓控制裝置。在普通壓力閥、流量閥和方向閥上，用比例電磁鐵替代原有的控制部分，按輸入的電氣信號連續(xù)地、按比例地對油流的壓力、流量或方向進行遠距離控制。比例閥一般都具有壓力補償性能，輸出壓力和流量可以不受負載變化的影響。普通液壓閥只能通過預調的方式對液流的壓力、流量進行定值控制。但是當設備機構在工作過程中要求對液壓系統(tǒng)的壓力、流量參數(shù)進行調節(jié)或連續(xù)控制，例如要求油缸在工作進給時按快、慢連續(xù)變化的速度實現(xiàn)進給，或按一定精度模擬某個最佳控制曲線實現(xiàn)力控制，普通液壓閥則實現(xiàn)不了，這時可以用電液比例閥對液壓系統(tǒng)進行控制[1]。

比例閥的電壓通常為24 Ⅴ，工作電流為200～800 mA 之間，這么大的電流，PLC 的模擬量輸出模塊都無法達到，直流只有20～30 mA，電壓為0～10 Ⅴ，所以要加一個放大器，才能推動比例閥。比例閥放大板對控制過程中反映出來的微弱信號進行放大（電流或電壓）以驅動比例閥參數(shù)按比例隨之變化，實現(xiàn)自動控制的目的。力士樂RTS-2STⅤ放大板接線原理如圖3 所示。

圖3 力士樂RTS-2STV 放大板接線原理圖

圖3 中，＜1＞為PLC 模擬量輸出模塊給放大板的控制輸出±10 Ⅴ信號，要注意西門子PLC 模擬量輸出模塊對應的“量程卡”要調整到相應的位置，且在硬件組態(tài)中要設置好“輸出類型”與“輸出范圍”[2]；＜2＞為PLC 數(shù)字量輸出模塊給放大板的使能信號，表示放大板輸出啟用；＜3＞為斜坡關閉控制輸入（z14），實現(xiàn)斜坡功能的開啟/關閉，前面板的指示燈（RAMP）指示工作模式；＜4＞為放大板故障信號反饋，此信號反饋到PLC，程序需取消放大板的使能信號且使輸出為0；＜5＞為放大板運行信號反饋，此信號反饋到PLC，由于一般意義不大，程序中可處理也可不處理；＜6＞為放大板24ⅤDC 電源，需將電源零點b2 與信號屏蔽線z28 接至中性地；＜7＞和＜8＞分別為主閥和先導閥的反饋信號，其中z30、b30 是位置傳感器的±15 Ⅴ電源，b26、b28 與b22、b24 是位置傳感器的反饋信號；＜9＞為放大板輸出給比例閥電磁鐵的主電源信號。

5 常見電氣故障的處理

5.1 故障1

故障現(xiàn)象：推鋼機油缸伸出時始終處于高速狀態(tài)，無法切換到低速狀態(tài)。

故障原因：①測量油缸無桿腔油壓的壓力傳感器損壞或信號線斷路導致傳感器無法將壓靠信號傳送給PLC，使得程序一直維持在高速狀態(tài)；②比例閥的反饋信號線（b26、b28 或b22、b24）接反，此種比例閥放大板接線較多，電氣維修人員在安裝或檢修時容易接錯線，使進入放大板的負反饋信號變成了正反饋信號，再經過放大板不斷放大到最大命令輸出，油缸始終維持高速運行，結果造成比例閥電磁鐵和放大板嚴重發(fā)熱，甚至還可能燒毀比例電磁鐵和放大板[3]。

故障處理：①更換壓力傳感器或恢復斷路的信號線；②調整位置傳感器的接線并更換放大板，同時要注意的是放大板的24ⅤDC 電源以及比例閥位置傳感器的±15 Ⅴ電源的正負極性不要搞反。

5.2 故障2

故障現(xiàn)象：放大板上的使能燈（ENABLE）有時閃爍報錯，正常狀態(tài)時綠色常亮。

故障原因：放大板輸入控制信號在短時間內變化太快引起負載在短時間內劇烈變化，由于斜坡時間過短，沒有了緩沖，劇烈的信號變化導致放大板控制系統(tǒng)不穩(wěn)定而報錯。

故障處理：調整放大板斜坡時間到合適值。斜坡時間需要根據(jù)驅動元器件的特性進行設置，如果設置太長將導致動作緩慢；而設置太短，系統(tǒng)會產生沖擊，并且發(fā)出警報。因此建議先測量一下斜坡時間，再根據(jù)現(xiàn)場工況和輸入信號的情況調整斜坡時間。

6 相關聯(lián)鎖條件

推鋼機需設行程保護，即當?shù)竭_前極限位置自動停止并返回；當?shù)竭_后極限位置自動停止，可以采用接近開關做限位，如果有二級過程控制系統(tǒng)，油缸中還可以配置位移傳感器精確檢測推鋼機行程以實現(xiàn)推鋼的自動定位。

與輥道的聯(lián)鎖：當推鋼機動作時（含前進與后退），入爐輥道不得動作；反之亦然。防止鋼坯將推鋼機撞壞或推鋼機將鋼坯頂歪。

7 結束語

采用先進的傳感器、液壓控制元件和穩(wěn)定的PLC軟硬件技術進行精確控制，本加熱爐推鋼機速度自動控制系統(tǒng)已在線可靠運行多年，既保證了生產節(jié)奏又減小了設備振動，生產與環(huán)保達到了很好的平衡。