蓄热式步进加热炉电气控制系统设计_毕业论文设计

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蓄热式步进加热炉电气控制

系统设计

毕业设计(论文)任务书

摘 要

蓄热式步进加热炉具有规模大，炉内热值利用率高，板坯加热均匀等特点，是现阶段轧钢生产中比较先进的加热设备。在轧钢生产过程中，保障加热炉的正常运行，是整个热轧线生产系统经济、高效运行的基础。

本文首先对蓄热式步进加热炉的相关设备如：装出钢机、步进机械、装出炉辊道以及板坯跟踪等进行了深入分析和研究，给出了具体的控制策略和算法。为了满足高产、优质、低耗、节能和无公害及生产操作自动化程度高的工艺要求，本系统设计在充分考虑到系统功能的完备性和技术先进性后，采用了仪电一体化的系统结构。 为了实现操作自动化与物料系统的全线跟踪管理，本文设计将自动化控制系统分为二级，即基础自动化控制系统级（简称 L1 级 PLC 控制级）与过程计算机控制系统级（L2 计算机控制系统级）。

在基础自动化级，本文着重对装炉侧电气控制，炉底步进机械控制，出炉侧电气控制等进行了分析和设计；而后，对本文的主要动力来源液压系统以及板坯库、其他单体设备等进行了简要的分析和探讨。最后针对热轧生产线电气控制系统中典型的液压传动速度控制系统。

关键词： 蓄热式步进加热炉 仪电一体化的系统 电气控制 PLC

Abstract

The walking beam of this basis, the paper the specific control strategies and algorithms. Therefore, in order to meet the , energy saving and pollution-free and requirements，we design the system of electromechanical integration.

In the other side, in order to achieve automation and material tracking and management, we divided the automatic control system into two parts. They are basic automation system (L1-level PLC control) and process computer control system (L2 level). In the basic automation level, the paper analyzes and designs the electr ic control in charging sides and discharge side, step mechanical control in the bottom and so on .Then the paper discusses power sources，slab yard, other individual equipments. Finally considering electrical control system of line, the paper model and Simulation.

Keywords: Regenerative Warking-Beam Reheating Furnace; Electromechanical Integration; Electric Control; PLC

目 录

摘 要 ....................................................................................................................................I ABSTRACT ......................................................................................................................... II 目 录 ................................................................................................................................ III

第1章 绪论 ......................................................................................................................... 1

1.1 研究背景 ..................................................................................................................... 1

1.2 国内外研究现状 ......................................................................................................... 1

1.2.1步进式炉的现状 .............................................................................................................................. 1

1.2.2蓄热式炉的现状 .............................................................................................................................. 2

1.3 加热炉控制系统的概况 ............................................................................................. 2

1.3.1 PLC及DCS控制技术 .................................................................................................................... 3

1.3.2全数字式传动技术的应用 .............................................................................................................. 3

1.3.3现场总线技术的应用 ...................................................................................................................... 3

1.3.4计算机网络技术的应用 .................................................................................................................. 3

1.4 本课题的主要研究工作 ............................................................................................. 4

第2章 加热炉本体系统和汽化冷却系统 ......................................................................... 5

2.1 加热炉本体系统电气控制 ......................................................................................... 5

2.1.1助燃风机的控制 .............................................................................................................................. 5

2.1.2煤气侧引风机的控制 ...................................................................................................................... 5

2.1.3空气侧引风机的控制 ...................................................................................................................... 5

2.1.4点火风机的控制 .............................................................................................................................. 5

2.1.5煤气主管电动蝶阀的控制 .............................................................................................................. 5

2.1.6风冷管电动阀 .................................................................................................................................. 6

2.1.7装钢机的控制 .................................................................................................................................. 6

2.1.8出钢机的控制 .................................................................................................................................. 6

2.1.9装料炉门升降装置的控制 .............................................................................................................. 6

2.1.10出料炉门升降装置的控制 ............................................................................................................ 6

2.1.11步进梁的控制 ................................................................................................................................ 7

2.2 加热炉本体系统仪表控制 ......................................................................................... 7

2.2.1蓄热烧嘴燃烧控制 .......................................................................................................................... 7

2.2.2炉膛温度调节 .................................................................................................................................. 8

2.2.3空燃比控制调节 .............................................................................................................................. 8

2.2.4炉膛压力调节 .................................................................................................................................. 8

2.3 汽化冷却系统电气控制 ............................................................................................. 8

2.3.1 循环泵的控制 ................................................................................................................................. 8

2.3.2 给水泵的控制 ................................................................................................................................. 8

2.3.3 软水泵的控制 ................................................................................................................................. 8

2.4 汽化冷却系统仪表控制 ............................................................................................. 9

2.4.1 汽包水位调节 ................................................................................................................................. 9

2.4.2 汽包压力控制 ................................................................................................................................. 9

2.4.3 除氧器水位调节 ............................................................................................................................. 9

2.4.4 除氧器压力控制 ............................................................................................................................. 9

2.4.5 软水箱水位调节 ............................................................................................................................. 9

2.5 本章小结 ..................................................................................................................... 9

第3章 电气自动化系统总体结构 ................................................................................... 10

3.1 加热炉基础自动化系统（L1） ............................................................................... 10

3.1.1 主机及PLC ................................................................................................................................... 10

3.1.2 操作站及远程IO .......................................................................................................................... 11

3.1.3 软件开发平台 ............................................................................................................................... 11

3.2 L2级计算机系统 ....................................................................................................... 12

3.2.1 硬件配置 ....................................................................................................................................... 12

3.2.2 计算机系统软件开发平台 ........................................................................................................... 12

3.3 加热炉温度控制系统 ............................................................................................... 13

3.3.1 系统工作原理 ............................................................................................................................... 13

3.3.2 PID控制器基本概念 ..................................................................................................................... 13

3.3.3 闭环控制系统特点 ....................................................................................................................... 14

3.4 PLC的基本概念 ........................................................................................................ 15

3.5 本章小结 ................................................................................................................... 17

第4章 炉区电气控制设计 ............................................................................................... 18

4.1 加热炉电控的操作方式 ........................................................................................... 18

4.2 板坯库的电气控制 ................................................................................................... 18

4.3 装炉侧电气控制 ....................................................................................................... 19

4.3.1上料控制 ........................................................................................................................................ 19

4.3.2板坯称重及测量 ............................................................................................................................ 21

4.3.3炉前辊道控制 ................................................................................................................................ 21

4.3.4入炉定位辊道 ................................................................................................................................ 22

4.3.5装钢控制 ........................................................................................................................................ 25

4.3.6装料炉门 ........................................................................................................................................ 29

4.4 炉底步进机械电气控制 ........................................................................................... 29

4.4.1步进梁升降 .................................................................................................................................... 30

4.4.2步进梁平移 .................................................................................................................................... 31

4.4.3步进梁周期动作 ............................................................................................................................ 32

4.4.4步进梁的保护 ................................................................................................................................ 33

4.4.5报警 ................................................................................................................................................ 33

4.4.6与其他设备的连锁 ........................................................................................................................ 34

4.5 出炉侧电气控制 ....................................................................................................... 34

4.5.1出钢控制 ........................................................................................................................................ 34

4.5.2出炉辊道控制 ................................................................................................................................ 37

4.5.3出料炉门升降装置 ........................................................................................................................ 37

4.6 板坯跟踪 ................................................................................................................... 38

4.6.1跟踪断的划分 ................................................................................................................................ 38

4.6.2辊道跟踪 ........................................................................................................................................ 38

4.6.3加热区跟踪 .................................................................................................................................... 39

4.6.4跟踪转换 ........................................................................................................................................ 39

4.7 辊道间的配合运行 ................................................................................................... 40

4.8 本章小结 ................................................................................................................... 40

结论 ..................................................................................................................................... 41

参考文献 ............................................................................................................................. 42

致谢 ..................................................................................................................................... 43

第1章 绪论

1.1 研究背景

能源的竞争是钢铁工业正在面临的挑战，降低能源消耗、建立环境友好的钢铁企业已经成为钢铁工业可持续发展的一个重要方面，也是钢铁工业利润增长的一个重要的基础工作。中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议中也提出，“十一五”期间单位国内生产总值能源消耗要比“十五”期末降低20%左右，重点抓好冶金、建材、化工、电力等行业的节能降耗工作。轧钢加热炉的能源消耗约占冶金行业能源消耗的10%左右，其中轧钢加热炉又占了75%至80%。中国冶金行业的轧钢加热炉在产量、炉型结构、机械化、自动化水平及理论操作上与国外还存在一定的差距，炉子吨钢燃耗高、效率低，造成了能源的极大浪费因此提高加热炉效率、搞好加热炉节能工作，是降低轧钢生产成本，实现钢铁企业可持续发展的有效方法之一。 因此，要想提高燃料利用率，降低能源消耗，减少钢坯氧化烧损，提高加热质量，从而充分创造整个轧线生产过程的经济效益，就要合理地选用加热炉。炉型结构的选择：炉型结构是加热炉节能与否的先天性条件，因此在加热炉新建时应该尽量考虑到加热炉节能的需要。炉型结构的新建或改造，要使燃料燃烧尽可能多的在炉膛内发生，减少出炉膛的烟气热损失；要尽可能多的江烟气余热回收到炉膛中来，提高炉子的燃料利用系数；尽量的减少炉膛各项固定热损失，提高炉子热效率。

减少炉膛热损失：炉膛热损失主要包括水冷、炉门辐射、逸气、炉衬散热等热量损失。减少这部分热量可以大幅度降低单耗。

烟气余热的回收利用：造成大量热损失的主要原因还有烟道系统热损失及换热器换热效率不高。

换热器的合理选择：燃烧器作为加热装置，越来越得到人们的重视，燃烧器的技术进步也飞速发展，应用比较广泛，因此要选择加热质量和节能效果比较好的燃烧器。

1.2 国内外研究现状

1.2.1步进式炉的现状

美国米兰德公司于 1967 年 4 月成功设计出了世界上第一座步进梁式加热炉。同年 5 月由日本中外炉公司为名古屋钢铁厂设计的第二座步进梁式加热炉也成功面世。从此加热炉进入了步进式炉的时代。

相对于其他炉型，步进梁式加热炉的优点显而易见。其具体优点如下：

①钢料靠步进梁的运动在炉内通过，因此钢料之间可以留出间隙，不会产生粘结，钢料之间空出一定间隙，还能缩短加热时间，对氧化、脱碳要求严格的钢料，还因缩短在炉时间而能减少氧化和脱碳。

②钢料和步进梁之间没有摩擦，避免钢料表面在加热过程中产生划伤。

③炉子长度不受推钢长度的限制。

④外形不太规整和厚薄不同的钢料在装护时不受限制。

⑤炉内钢料在必要时可以利用步进机构全部出空或退空，修炉时可以缩短停炉时间，减轻出空炉子的劳动强度，待轧时可将钢料倒退一段距离，这样避免了出料端钢料的冷却和氧化、脱碳。

⑥通过改变钢料之间的间隙、步进梁的水平行程和步进周期的时间，使加热操作比较灵活。例如当炉子产量降低时可将钢料间距加大，减少炉内装料量，但钢料在炉内加热的时间不变。

我国的钢铁生产起步较晚，在建国后虽有所发展，但受历史和技术原因，七十年代仍处于世界落后。八十年代后，在国家经济建设的号召下，大量引入外国先进技术，国内钢铁生产有了长足进步。至今为止北京钢铁设计研究总院已经设计投产了 40 余座步进炉，已遍及热连轧、型钢、棒线材、带钢、无缝管、开坯、锻压等钢厂以及钢带厂，1994 年相继投产的太钢、梅山热连轧厂的步进梁式炉，额定产量分别为180t touch。Wonder ware 公司成立于 1987 年，是在制造运营系统率先推出 Microsoft Windows 平台的人机界面(HMI) 自动化软件的先锋。世界第一家推出组态软件的公司。In Touch HMI 软件用于视化和控制工业生产过程。它为工程师提供了一种易用的开发环境和广泛的功能，使工程师能够快速地建立、测试和部署强大的连接和传递实时信息的自动化应用。In Touch 软件是一个开放的、可扩展的人机界面，为定制应用程序设计提供了灵活性，同时为工业中的各种自动化设备提供了连接能力。In Touch 包含三个主要程序，它们分别是“In Touch 应用程序管理器、”Window Maker 以及 Window Viewer。“In Touch 应用程序管理器”用于组织管理创建的应用程序。它也可以用于将 Window Viewer 配置成服务、为基于客户端和基于服务器的架构配置“网络应用程序开发”(NAD)，以及配置“动态分辨率转换”(DRC)。DB Dump 与 DB Load数据库实用程序也从“应用程序管理器”启动。Window Maker 是一种开发环境，在其中可以使用面向对象的图形来创建富于动感的触控式显示窗口。这些显示口可以连接到工业 IO 系统以及其它的 Microsoft Windows 应用程序。Window Viewer 则是一种运行时环境，用于显示在 Window Maker 中创建的图形窗口。Window Viewer 可以执行 In Touch Quick Script、执行历史数据记录与报告、处理报警记录与报告，并同时可以充当 DDE 与 Suite Link；通讯协议的客户端和服务器。

Wonder ware In Touch 和其它人机界面软件相比，主要特点是：

①经过了完备的测试和运行考验。目前世界上有数十万套的 In Touch 系统在运行，因而该软件的可靠性和稳定性是非常高的。

②最大限度的开放性。In Touch 的运行环境是 Win9895NT，基本的通讯格式包括“快速 DDE”和 Suite Link。其中, 快速 DDE 兼容微软的 DDE，因此许多Win9598NT 下运行的软件都可以与 In Touch 直接通讯。为了与其他设备通讯，In Touch 提供了广泛的通讯协议转换接口——IO Server，能方便地连接到各种控制设备，包括：Siemens、Modi con 等。甚至，也可以利用第三方 Server。In Touch还提供了一个工具软件，帮助编写通讯协议转换软件。

③它具有强大的网络功能，通过传统的 DDE 和扩展的 Net DDE 的方式，可与

本机和其它计算机中的应用程序实时交换数据。另外，它支持标准的 ActiveX 技术，使得用户可以轻松地为自己的应用程序开发各种网络多媒体功能。

④数据库功能。In Touch 除了自身带有数据库以外，还支持 SQL 语言，可以方便地与其他数据库连接。同时，它支持通过 ODBC 访问各种类型的数据库，便于系统的综合管理。

3.2 L2级计算机系统

3.2.1 硬件配置

L2 级过程计算机系统由一台工程师开发工作站、两台 PC 服务器（作为计算机过程控制系统主机，主要完成加热炉的材料跟踪、数据处理及数据通讯、班管理、自动燃烧控制计算、报表打印等功能。）、操作员客户机和网络打印机组成。在计算机室中放置 L2 开发工作站用于 L2 系统的开发和维护，工艺技术人员可以对模型进行维护和检验。操作员终端主要用于生产控制和板坯的跟踪管理。L2 级计算机通过采用基于快速工业以太网及 TCPIP 协议的 SOCKET 与其它L2L3 计算机之间进行数据通讯；客户机与 HMI 服务器之间、L1 级 PLC 与 L2 计算机之间、L2 级与 HMI 服务器之间均采用交换式快速工业以太网进行通讯。HMI 是与 L1 共用。

3.2.2 计算机系统软件开发平台

全部软件运行于 WINDOW 操作系统下。服务器端应用软件的开发工具采用Microsoft Visual Studio.Net，数据存储采用 Oracle 数据库。HMI 数据服务器及 HMI 操作终端的开发软件为 Wonder ware 软件。

3.3 加热炉温度控制系统

3.3.1 系统工作原理

加热炉温度控制系统基本构成如图3.1所示，它由PLC主控系统、固态继电器、加热炉、温度传感器等4个部分组成。

图 3.1 加热炉温度控制系统基本组成

加热炉温度控制实现过程是:首先温度传感器将加热炉的温度转化为电压信号，PLC主控系统内部的AD将送进来的电压信号转化为西门子S7-300PLC可识别的数字量，然后 PLC将系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行比较并经过PID运算处理后，给固态继电器输入端一个控制信号控制固态继电器的输出端导通与否从而使加热炉开始加热或停止加热。既加热炉温度控制得到实现。其中PLC主控系统为加热炉温度控制系统的核心部分起着重要作用。

3.3.2 PID控制器基本概念

PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量来进行控制。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时、控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合采用PID控制技术。

（1）比例（P）控制

比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。

（2）积分（I）控制

在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差的运算取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大，使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，采用比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

（3）微分（D）控制

在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是

由于存在有较大的惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

3.3.3 闭环控制系统特点

控制系统一般包括开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统(Open-loop Control System)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响，在这种控制系统中,不依赖将被控制量反送回来以形成任何闭环回路。闭环控制系统(Closed-loop Control System)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负反馈( Negative Feedback)；若极性相同，则称为正反馈。一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。可见，闭环控制系统性能远优于开环控制系统。

PID就是应用最广泛的闭环控制器。如图3.2所示系统是用于电加热炉温度控制系统的闭环控制系统的PID闭环控制系统，系统目标设定值为期望的加热炉温度，闭环控制器的反馈值通过温度传感器测得，并经AD变换转换为数字量；目标设定值与温度传感器的反馈信号相减，其差送入PID控制器，经比例、积分、微分运算，得到叠加的一个数字量；该数字量经过上限、下限限位处理后进行DA变换，输出一个电压信号去控制固态继电器，以控制加热炉的温度。该系统的PID控制器一般采用PLC提供的专用模块（本系统采用FB58模块），也可以采用编程的方法（如PLC编程、高级语言编程或组态软件编程等）生成一个数字PID控制器。同时，其它功能如AD、DA都由PLC实现，加热炉的反馈信号直接送PLC采集，控制固态继电器的电压信号也由PLC送出，从而控制加热炉的温度。

图 3.2 电加热炉温度控制系统的闭环控制系统应用实例

3.4 PLC的基本概念

可编程序控制器简称为PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其它领域，例如在民用和家庭自动化设备中的应用也得到了迅速的发展。

这里我们主要介绍的是西门子S7-300，S7-300属于模块式PLC。西门子的PLC以其极高的性价比，在国内占有很大的市场份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。S7-300模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装的机架上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上，可以与计算机、其它PLC或其它设备通信。图3.3是PLC控制系统的示意图。

CPU模块：CPU模块主要由微处理器和存储器组成，S7-300将CPU模块简称为CPU。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，模块中的存储器用来存储程序和数据。

图 3.3 PLC控制系统示意图

信号模块：输入（Input）模块和输出（Output）模块一般简称为IO模块，开关量输入输出模块简称为DI模块和DO模块，模拟量输入输出模块简称为AI模块和AO模块，在S7-300中统称为信号模块。信号模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。在信号模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC

的内部电路和外部的输入、输出电路。

功能模块：为了增强PLC的功能，扩大应用领域，减轻CPU的负担，PLC厂家开发了各种各样的功能模块。主要用于完成某些对实时性和存储容量要求很高的控制任务。

接口模块：CPU模块所在的机架称为中央机架，如果一个机架不能容纳全部模块，可以增设一个或多个扩展机架。接口模块用来实现中央机架和扩展机架之间的通信，有的接口模块还可以为扩展机架供电。

通信处理器：通信处理器用于PLC之间、PLC与远程IO之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工业以太网，或者用于点对点通信。

电源模块：PLC一般使用AC 220V电源或DC 24V电源，电源模块用于将输入电压转换为DC 24V和背板总线上的DC 5V电压，供其他模块使用。

编程设备：S7-300使用安装了编程软件STEP7的个人计算机作为编程设备，在计算机屏幕上直接生成和编辑各种文本程序或图形程序，可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，可以实现远程编程。编程软件还具有对网络和硬件组态、参数设置、监控和故障诊断等功能。

本系统的结构框图如图3.4所示。

图3.4系统结构框图

由图3.4可知，温度传感器采集到数据后送给S7-300PLC，S7-300PLC通过运算后给固态继电器一个控制信号从而控制加热炉的导通与否。上位机是编写PLC程序以及监控温度的变化。

图 3.5 电气控制接线图

3.5 本章小结

本章详细介绍了本自动化控制系统的总体结构，首先介绍了基础自动化（L1 级）系统的主机及PLC、操作站及远程IO和软件开发平台。其次简单介绍了过程自动化系统（L2 级）的硬件配置和计算机系统软件开发平台。

第3章 炉区电气控制设计

本控制系统的目的是在完全自动的条件下，板坯能够在整个系统中顺利地通过所有工艺方面的要求（如称重、测长、定位跟踪、加热等），且能够根据轧线的要坯指令及时地送料。因此各设备的控制既是独立的，又是紧密相关的。本章将根据板坯的行进顺序，详细地介绍各部分的控制设计方案。

4.1 加热炉电控的操作方式

加热炉电控的操作方式有：

自动方式：简称 ACC 模式。由 L2 计算机进行设定，PLC 根据设定的命令进行自动控制。这是一种正常的控制方式。

半自动方式：简称 OPE 模式。部分单体设备自动地完成其自身的工作顺序、设备之间的联锁关系，运行的启动指令由人工给定，其控制通过基础自动化系统完成。 手动方式：简称 MAN 模式。由人工设定 PLC 的控制基准进行控制或采用硬手动进行控制，这种控制方式一般用于维修或设备故障时进行操作。

标定方式：在对控制回路的零点位置进行校正时或在设备检修完毕对控制回路进行测试时采用这种控制方式。

在正常生产时采用“自动方式”进行生产。当系统发生故障时，采用手动方式进行操作，即正常生产时，必须 L1L2 全部投入运行，不采用 L1 单独运行进行生产。

4.2 板坯库的电气控制

板坯库辊道操作原则同加热炉辊道。板坯库中，A 线辊道为上料辊道，负责从库内和 G 线辊道上料至加热炉。H线辊道为卸料辊道，主要用来收料和转库，D 线为连接辊道，G 线为连铸运输辊道。

板坯信息由上至下分别为：1 级跟踪的板坯号、向 SYC 发送的板坯号、板坯长度、板坯去向。

根据操作箱的设置，A1～A2 辊道、AD 辊道，AZ 转盘、D1～D3 辊道在 A 线AOC1 操作箱上操作，合用一个自动命令，A3～A9 辊道在 A 线 AOC2 操作箱上操作，H1～H10 辊道、HZ 转盘在 H 线操作箱上操作。操作箱上的就地、远程状态会和辊道手自动装台在右侧绿色方框内显示。点击“辊道模式选择”按钮会弹出“辊道模式选择（板坯库）”画面，可以选择辊道手自动模式。

吊车上料时，先锁定目标辊道，自动添加板坯映像。待吊车卸下板坯离开辊道上方区域后解锁该辊道，板坯自动高速向 A9 辊道运行。进入 A8 辊道后，A8辊道低速运行准备测长，待 A8、A9 之间检测器检测到有坯后测长开始，板坯完全进入 A9 后测长完成，A9 辊道根据所测定的长度将板坯定位到称重装置中心，辊道停止后称重装置上升至称重位，读取 3 次重量数据后下降回原位，之后向二级计算机发送称

重完成信息，等待二级计算机分配板坯去向。

A9 辊道定位完成时，旁边的“定位”按钮会显示绿色。如果板坯长时间不能完成定位，将会显示“超时”并闪烁红色，此时需操作员人工确认定位情况。若板坯位置满足称重条件，点击“超时”按钮即可手动确认定位，继续进行下一步称重动作。若板坯位置不合理，须在手动状态下调整 A9 板坯位置，再切换至自动点击“完成”按钮手动确认定位。

遇到板坯翘曲无法上料的情况，操作员若用后面的板坯顶走前面的板坯，会引起辊道上跟踪错误。必须手动调整辊道上板坯位置，把连在一起的板坯分到各组辊道上才能自动上料。如果 SYC 下发了板坯信息，还需要手动恢复板坯信息。

G1、G2 辊道为连铸输送辊道。连铸请求送料时，“连铸请求送坯”指示灯变绿。如果 G1 辊道为空且无故障，G1 辊道会低速正转，同时“板坯库允许送坯”指示灯闪烁绿色。板坯进入 G1 辊道时优先送至 G2 辊道定位。板坯进入辊道时进行测长，根据测定长度在 G 辊道上来定位，完成后向小吊车发送定位完成信号。如遇到板坯无法定位或需要手动调整定位，可通过点击“完成”按钮人工发送定位完成信号。 G1、G2 辊道测长数据两侧的黑框内显示板坯去向。去向 A9、H2、H4、H6、H8、H10 辊道分别对应数字 9、12、14、16、18、20。框内填写这些数字，板坯去向即定为相应的辊道。填写 0 则是不分配板坯去向，小吊车吊至 A1、A2 辊道后将由 SYC 分配板坯去向。小吊车由 A 线操作台操作。自动运行时需要将操作台上“操作方式”选为“自动”并按亮“小吊车自动 On”按钮。需要停止小吊车工作，将“操作方式”选为“手动”。平时小吊车等待在 G 辊道上方并向 G 辊道发送吊运请求，此时画面上“小吊车取料”闪烁不可见。若 G 辊道定位完成，小吊车发送 G 辊道锁定请求，“小吊车取料”显示绿色。待板坯吊离后 G 辊道锁定请求取消，同时 G 辊道上板坯映像自动删除。

小吊车向 A 辊道卸料时，先发送辊道锁定信号，“小吊车放料”显示绿色，待板坯放在 A 辊道上取消锁定信号，自动添加板坯映像到 A 辊道上，并将 G 辊道上相应的长度和去向信息拷贝到 A 辊道。如果需要禁止某一吊车运行，将画面上相应的“G1 吊运”或“G2 吊运”选为“禁止”即可。

自 G 辊道入库的板坯送到 H 线辊道后会根据目的自动定位到吊运点上等待入库。

4.3 装炉侧电气控制

装炉侧的主要功能是将板坯送入加热炉，在这个过程中需要对板坯进行长度方向的质量、长度和温度测量。L1 将把实际测量得到的重量、长度和温度信息传递给 L2 级计算机进行定位与跟踪。

4.3.1上料控制

板坯从连铸到达辊道 G1 或 G2 后，接收 L3 核对板坯后的板坯去向指令，开

始板坯的跟踪。根据 L3 的板坯去向指令，如果不是直接装炉，则将板坯定位于指定的卸料辊道，到达卸料辊道后通知 L3 将板坯吊走。根据 L3 的板坯去向指令，如果直接装炉，则将板坯送至炉前核对辊道，在板坯进行炉前核对后送至加热炉前。板坯由上料辊道上料，且需要装炉时，将板坯送至炉前核对辊道，在板坯进行炉前核对后板坯送至加热炉前。

图 4.1 数据正反向传送的规则

L3 决定轧制计划后，产生装入顺序，在计划开始执行前一段时间将 PDI 数据以此顺序按批（lot

表明板坯到达加热炉区，加热炉区的辊道 PLC 开始板坯的跟踪。

4.3.2板坯称重及测量

板坯从板坯库运到 A9 辊道时需要对板坯进行对中、称重和测长。L1 将把实际测量得到的重量、长度和温度信息传递给 L2 级计算机。通过冷金属检测器 CMD-A10 和 A9 辊道上的编码器 ROT-A9.1 配合对板坯进行定位。

通过脉冲编码器，计算出需要累计的脉冲数，当达到脉冲数以后，辊道停止运转，板坯定位完毕。

①板坯的测长在 A9 辊道上进行

图 4.2 称重装置

根据图 4.2 所示，板坯长度的计算公式如下：

S L=S1+C2⨯1 （4.1） C1

式中：L为板坯长度；S1为 PHS1 与 PHS2 之间的距离；C1为 PHS1“ON”到PHS2“ON”时间内，PLG 的计数值；C2为 PHS2“ON”到 PHS1“OFF”时间内，PLG的计数值。

②板坯称重控制

板坯在 A9 辊道上称重。称重过程是：称重机上升；称重机到达上升极限并延时 t（现场整定）秒后，读出重量信号（每隔 0.3S 采样一次，采样 3 次取平均值）；PLC 读出重量信号后，将对数据进行适当的格式转换并将重量信号送 L2 计算机；称重机下降，到达下降极限后停止下降。称重机的升降由一套专门的液压系统驱动。 ③板坯测宽

板坯测宽在装炉时进行。装钢机抬起板坯前进，PLC 纪录炉前激光检测器检测到从有坯到无坯时的编码器位移读数差即为板坯宽度。

4.3.3炉前辊道控制

炉前辊道（B1～B12）的运行

1) 手动运行

手动操作的速度分为 2 级。

连锁条件：无紧急停止；无传动设备故障；传动设备准备好（READY）；B 辊道相应的辊道开关合闸。

2) 自动运行

起动条件为：自动运行方式选择开关 ON 上升沿； CMD 状态 OFF（未检测到板坯）。

运行条件：所有手动操作开关在“0”位；自动运行方式选择开关 ON；无传动设备故障；无紧急停止；无跟踪故障；传动设备 READY；B 辊道相应的辊道开关合闸。

4.3.4入炉定位辊道

入炉定位辊道即为装钢机与炉门之间的辊道，本设计中为 B2、B3（4#炉）、B5、B6（3#炉）、B8、B9（2#炉）、B11、B12（1#炉）。

在自动工作时，来料板坯的目标炉号决定着 B2 和 B3 辊道的工作方式，当来料板坯的目标炉号为“4”时，说明该板坯要装入 4 号炉，此时 B2 和 B3 辊道作为入炉（4#炉）定位辊道。当来料板坯的目标炉号为“1”“2”或“3” 时，说明该板坯准备装入其他炉，此时 B2 和 B3 将作为板坯运输辊道。

①B2 和 B3 辊道的板坯运输功能

当来料板坯的目标炉号为“1”“2”或“3”时，说明该板坯准备装入1～3号加热炉，此时 B2 和 B3 辊道将作为运输辊道，板坯传送规则与前面所叙的辊道运行规则相同。

②B2 和 B3 辊道的炉前定位控制

当来料板坯的目标炉号等于“4”时，说明该板坯要装入 4 号加热炉，此时 B2 和 B3 辊道工作在“炉前定位”方式。当根据 L2 的指令，板坯需要定位在 B3 辊道上时，B2 和 B3 为定位辊道，B2 和 B3 辊道速度同步。当根据 L2 的指令，板坯需要定位在 B2 辊道上时，B2 为定位辊道，B3 辊道停止。当 B2 和 B3 作为炉前定位辊道时，在检测器 CMD-B1 信号由“ON”变“OFF”前，B2 辊道与 B1 辊道的速度同步，并以低速向前运行。当 CMD-B1 信号由“ON”变“OFF”后，B2 和 B3 辊道速度同步。

B5,B6，B8，B9 辊道的控制与 B2,B3 辊道的控制一样。B11,B12 辊道的控制与 B2,B3 辊道的控制类同。但是 B11 和 B12 辊道不作为板坯运输辊道使用。 ③入炉板坯在辊道上定位的原则

板坯有长坯和短坯，入炉侧辊道长度的设置是按照长板坯的长度设置的。对于炉前定位辊道，当短板坯需要在这些辊道上定位以装入加热炉内时，板坯应该以辊道的前半部分为中心进行定位或后半部分为中心进行定位。当长板坯需要在炉前辊道上定位时，其定位涉及到 2 组辊道。如 B2 和 B3 辊道。

1）短板坯在 B3，B6，B9 和 B12 辊道上的定位

图4.3 短板坯轧机侧定位

如图 4.3 当短板坯需要在 B3，B6，B9 和 B12 上定位时，是按照辊道的前半段为中心进行定位的。

2）短板坯在 B2，B5，B8 和 B11 辊道上的定位

图4.4 短板坯非轧机侧定位

如图 4.4 当短板坯需要在 B2，B5，B8 和 B11 上定位时，是按照辊道的后半段为中心进行定位的。

3）长板坯在炉前辊道上的定位

图4.5 长板坯定位

如图 4.5 当长板坯需要在炉前辊道上定位时，需要牵涉到 2 组辊道的控制，2组辊道需要速度同步。在长板坯时，根据布料图，炉子为双排布料。将采用交错布置的方式进行布料。因此软件中需要设置一翻转（0-1-0-1„）标志，每来一块坯，状态翻转一次。当翻转标志状态为 1 时，板坯靠非轧机侧，当翻转标志状态为 0 时，板坯靠轧机侧。

④板坯在加热炉炉前辊道上的定位速度控制

1) 定位辊道的确定（以 4 号炉为例）

根据 L2 级计算机设定的板坯人炉的炉列号，确定板坯定位位置：炉列号＝1，短板坯布置在加热炉右侧 B2 辊道上；炉列号＝2，短板坯布置在加热炉左侧 B3辊道上；炉列号＝3，长坯。

2) 定位控制

影响定位精度的主要因素是辊道与板坯的相对运动。产生相对运动的原因主要是：板坯表面瓢曲因此在搬送过程中会产生跳动现象，此现象是不能克服的；加减速过程中，如果加（减）速度过大，超过摩擦力，使板坯产生滑动现象。解决这个问题的办法是在加减速过程中保持恒定的加（减）速度，加（减）速度的绝对值｜a｜

3)运输辊道（B1、B4、B7、B10）的速度控制

当板坯需要在辊道上停下来时，这些辊道的速度需要在停止前减速控制。具体控制为：当板坯头部进入某组辊道而且需要停止在该组辊道上时，辊道以低速（额定速度的～50%）运行；当 2 组辊道间的冷金属检测器状态 OFF（下降沿）时，辊道速度再降～50％（即额定速度的～25％，具体值现场调试时确定）；当目标值与实际值之差小于 ΔSp（预先确定的设定值可现场整定）时，辊道停止；辊道速度下降到 0 后，辊道停止运行。如图 4.6 所示。