袁盛芝

一、加熱爐工藝簡介
      
步進(jìn)式加熱爐在熱連軋廠的主要作用是把冷鋼坯送入爐內(nèi)加熱使鋼的溫度達(dá)到軋制所要求的溫度。整座加熱爐由爐體、上料輥道（A1-A8）（其中A3為板坯稱量輥道，A1為板坯測長輥道）、爐內(nèi)步進(jìn)梁、出料輥道（C1、C3、C5、D4、D5）、中間輥道（C2、C4、C5、C6、D1、D2）組成，由它們共同負(fù)責(zé)完成鋼坯入爐、步進(jìn)、出爐的整個(gè)過程。加熱爐設(shè)備的良好運(yùn)行直接影響到整條軋線的正常運(yùn)作。
      
為了與科技接軌，為了最大限度地實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，在改造中我們采用了西門子S7-400系統(tǒng)來控制加熱爐設(shè)備。
     
以下為加熱爐的兩張照片。其中圖A中所示為正在將冷坯裝入爐內(nèi)的情形，圖B中所示為正在將加熱后的鋼坯出爐時(shí)情形：


圖A


圖B

二、生產(chǎn)過程簡介
      
存放在板坯跨的板坯，按生產(chǎn)計(jì)劃所編排的順序，用半門吊放在上料輥道上，然后送到稱重輥道上進(jìn)行板坯的重量和標(biāo)號的核對，核對合格的板坯送往板坯測長輥道進(jìn)行板坯長度測量，測長后按生產(chǎn)計(jì)劃安排通過爐前裝料輥道分別送到四座加熱爐，板坯在爐前裝料輥道上按指定的爐前位置完成準(zhǔn)確定位，然后由推鋼機(jī)或裝鋼機(jī)通過滑道或直接抬升前進(jìn)送往爐內(nèi)。將其推入加熱爐內(nèi)的固定梁上，再由步進(jìn)梁托起板坯，使板坯在爐內(nèi)步進(jìn)式地進(jìn)行加熱。為使板坯準(zhǔn)確停在固定梁上并使板坯間隙正確，在爐子入口處設(shè)有激光位置探測器檢測板坯的位置。
      
板坯在爐內(nèi)運(yùn)送鋼坯在正常情況下步進(jìn)機(jī)械采用“正循環(huán)”操作，即板坯向出料端移動(dòng)。板坯在加熱爐的步進(jìn)梁上步進(jìn)式通過各段進(jìn)行加熱，當(dāng)加熱至規(guī)定溫度的板坯在爐子出料端受到激光位置探測器時(shí)，步進(jìn)機(jī)械在完成當(dāng)前的正循環(huán)后停止。當(dāng)接到軋機(jī)要鋼信號后，此時(shí)由板坯托出機(jī)將板坯托放到出料輥道中心線上，然后運(yùn)送到軋機(jī)前輥道，進(jìn)行軋制。

三、控制系統(tǒng)構(gòu)成
      
我們采用的是S7400的416型PLC,具備強(qiáng)大的邏輯及浮點(diǎn)計(jì)算能力、豐富的尋址方式、完整的與上位機(jī)通訊的協(xié)議、完善的數(shù)學(xué)函數(shù)功能，能快速響應(yīng)來自傳感器的信號，平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)鋼坯在爐內(nèi)的運(yùn)輸，避免了機(jī)械機(jī)構(gòu)造成沖擊的可能性。并可靠地實(shí)現(xiàn)了加熱爐設(shè)備的手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)操作。
      
每座加熱爐根據(jù)控制對象、實(shí)現(xiàn)功能的劃分、各配置兩套PLC分別用于傳動(dòng)控制、燃燒控制。每套PLC均由主機(jī)架部分與遠(yuǎn)程ET200分站組成。主機(jī)架均配置以太網(wǎng)卡與二級計(jì)算機(jī)及HMI服務(wù)器進(jìn)行通訊。各傳動(dòng)PLC與公共PLC間有大量的信號進(jìn)行交換，為了減少以太網(wǎng)的通訊負(fù)擔(dān)，保證信號的實(shí)時(shí)性，所以各傳動(dòng)PLC與公共PLC采用MPI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。由于遠(yuǎn)程設(shè)備多、且有些遠(yuǎn)程設(shè)備在地理位置上比較集中，采用CPU通過PROFIBUS與遠(yuǎn)程ET200通訊的結(jié)構(gòu)既能保證了系統(tǒng)整體快速響應(yīng)，又能大大降低布線成本，是一個(gè)性價(jià)比極為合理的方案。


公共PLC硬件配置圖如圖1

四、PLC與傳動(dòng)之間的連接
      
在PLC與傳動(dòng)之間采用了MPI網(wǎng)絡(luò)連接，采用全局變量進(jìn)行傳動(dòng)與PLC間的通訊，全局變量的通訊方式更多依賴于硬件配置，不需單獨(dú)編程，對于通訊的變量可直接引用，并且全局變量的硬件配置的下載可以在線進(jìn)行，PLC不需重啟。并且網(wǎng)絡(luò)連接省去了原來的點(diǎn)對點(diǎn)硬線連接，降低了電纜的使用量同時(shí)也降低了故障點(diǎn)。

五、步進(jìn)式加熱爐動(dòng)作的連鎖條件

1、推鋼機(jī)：推鋼機(jī)處于原始位置；B輥道停止并板坯定位完畢；步進(jìn)機(jī)械處于下限；裝料爐門打開；板坯至少有寬度的3/4推到固定梁上；CMD10、CMD12; CMD14、CMD16; CMD01、CMD02必須檢測有鋼,才能自動(dòng)操作推鋼機(jī).手動(dòng)操作的必要條件是步進(jìn)機(jī)械處于原點(diǎn),此種操作主要用于向空爐 

２、裝料爐門：裝料爐門正常工作時(shí),兩個(gè)爐門同時(shí)開啟和關(guān)閉；推鋼機(jī)推鋼時(shí),爐門打開到達(dá)上極限時(shí)推鋼機(jī)才能推鋼；推鋼機(jī)返回到待機(jī)位置后爐門關(guān)閉；裝料爐門自動(dòng)開啟只有當(dāng)步進(jìn)梁返回到下降后極限即原點(diǎn)后方可進(jìn)行；裝料爐門允許解除上述連鎖后可進(jìn)行手動(dòng)操作。

3、步進(jìn)梁：步進(jìn)梁（WB）與激光檢測器連鎖,板坯前進(jìn)到遮斷LD1、LD2或LD3時(shí), WB在完成當(dāng)前的正循環(huán)后停止等待或做原地踏步或做上升等待；WB與裝料爐門連鎖,裝料爐門關(guān)閉時(shí)WB才允許動(dòng)作；WB與推鋼機(jī)連鎖,推鋼機(jī)不在待機(jī)位置WB不能起動(dòng),當(dāng)連續(xù)裝爐時(shí), WB走一個(gè)循環(huán)后推鋼機(jī)的最大行程將入爐的板坯送入后與前一塊板坯間距仍大于50mm時(shí),則WB在下一個(gè)周期不能起動(dòng), WB退回原點(diǎn)或作踏步,若只是出料不裝料時(shí)需解除連鎖,便可動(dòng)作.
      
WB與出料爐門連鎖, WB處于原點(diǎn)時(shí)出料爐門才允許操作；WB與托出機(jī)連鎖,托出機(jī)不在待機(jī)位置WB不能起動(dòng)；爐底升降機(jī)構(gòu)的行程控制: 爐底升降接近上限或下限時(shí)利用升降位置檢測器發(fā)出信號,使傳動(dòng)電機(jī)至上限或下限時(shí)傳動(dòng)電機(jī)斷電,制動(dòng)器制動(dòng)而停止；
     
WB爐底水平機(jī)構(gòu)的加減速和行程控制: 爐底水平運(yùn)動(dòng)是由水平液壓缸來完成, 水平運(yùn)動(dòng)的加減速和行程是靠水平位置檢測器發(fā)出加減速信號,通過液壓比例系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的. 加減速的時(shí)間可通過計(jì)算機(jī)輸入的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn).步進(jìn)梁的每步前進(jìn)行程均由脈沖發(fā)生器輸給計(jì)算機(jī),以實(shí)現(xiàn)板坯在爐內(nèi)的自動(dòng)跟蹤；


4、出料爐門：出料爐門自動(dòng)開啟條件只有當(dāng)步進(jìn)梁返回到原點(diǎn)后爐門才允許打開；兩扇爐門正常工作時(shí)是同步動(dòng)作的，因此必須兩扇爐門位置控制開關(guān)都斷開（或閉合）才能確認(rèn)到位。出鋼機(jī)出鋼時(shí)只有當(dāng)爐門處于半開或全開時(shí),出鋼機(jī)托桿才允許前進(jìn),待出鋼機(jī)完成出鋼任務(wù)返回到待機(jī)位置后爐門關(guān)閉.出料爐門允許解除上述連鎖后可進(jìn)行手動(dòng)操作.

5、出鋼機(jī)：加熱爐內(nèi)有加熱好的板坯,板坯遮斷激光檢測器;軋機(jī)要鋼信號。
出鋼機(jī)與步進(jìn)梁不能同時(shí)動(dòng)作。出料輥道停止,在該輥道上沒有板坯; 出料桿向爐內(nèi)移動(dòng)前確定爐門半開或全開并發(fā)出信號。WB處于原點(diǎn),雙排料先出軋機(jī)側(cè),再出非軋機(jī)側(cè)。托出機(jī)由3號操作室操作。

六、結(jié)論
     
S7-400 PLC控制系統(tǒng)在熱連軋廠加熱爐投入使用以來，最大的優(yōu)點(diǎn)在于使加熱爐設(shè)備的自動(dòng)化程度達(dá)到了空前的水平，從板坯的上料、輥道運(yùn)行、數(shù)據(jù)跟蹤、裝鋼、出鋼全程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)效果，避免了人為操作帶來的失誤，提高了設(shè)備的運(yùn)行精度，減少了人員的操作強(qiáng)度。在維護(hù)方面則大幅度地減少了設(shè)備的維護(hù)量，提高了設(shè)備的工作性能，并且參數(shù)的在線修改極度方便，有利于根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際及時(shí)調(diào)整設(shè)備連鎖保護(hù)以及動(dòng)作時(shí)序。通過實(shí)踐證明，S7-400 PLC控制系統(tǒng)的使用為步進(jìn)式加熱爐的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保證。