自动控制在加热炉步进梁运动中的应用
ISSN 1009-3044
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Vol.7, No.5, February 2011,pp.1144-1145E-mail:[email protected]第7卷第5期(2011年2月) http://www.dnzs.net.cnTel:+86-551-[1**********]964自动控制在加热炉步进梁运动中的应用
邱星魁，葛丽
（安阳钢铁集团公司，河南安阳455004）
摘要：该文详细介绍了步进式加热炉运动过程，结合电气控制和轧钢工艺要求，从而提出了速度和位置控制的重要性，实现了步进梁自动闭环平稳运动，确保钢坯的轻拿轻放，便于设备维护和新产品开发。
关键词：步进控制；加热炉；顺序控制
中图法分类号：TP311文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)05-1144-02
Application of Automation Control in the Movement of Walking Beam
QIU Xing-kui, GE Li
(AnyangIron &Steel Ltd, Anyang 455004, China)
Abstract:Combine with the requirement of electrical control and steel rolling, the automatic control system of stepping beam furnace are introduced. Based on it, we bring up the importance of speed and position control, realized the smooth movement of walking beam, take the maintenance and product development a facility.
Key words:walking control; reheating furnace; sequence control
1概述
在热连轧生产中，钢坯加热是关键工序。目前广泛采用步进式加热炉对钢坯进行加热和运送，加热过程与热效性能直接影响后续轧制过程、影响成材率和作业率、影响钢材终产品质量等关键指标。步进梁采用液压驱动，比例阀控制，PLC 动作给定，位移传感器精确定位，光电接近开关极限保护的全自动闭环控制。结合轧钢工艺和设备特点进行有利于产品开发的设备技术改造及程序优化，进行有利于提高生产作业率和降低设备故障率的控制参数调
整，通过自动控制系统的程序优化和设备调整，提高了整个加热炉
的生产稳定性和工作效率。
2硬件及网络组成
整个炉区的自动化控制系统全部采用西门子S7-400系列可
编程控制器。整个网络实现三层通讯：人机界面与PLC 之间的以
太网通讯，实现了加热炉工艺参数的设定和设备运行状态的可视
化显示；PLC 控制器与远程I/O站和传动控制系统之间的
Profibus-DP 通讯网，实现了PLC 控制器与现场设备的数据交换和
传输，为保证整个DP 网可靠稳定运行，减少现场环境和系统自身
条件对生产的影响，我们对系统进行了改造，在DP 网上间隔性的
增加信号放电适配器。PLC 之间的MPI 网，实现了控制信息及数
据的交换。系统单线图如图1所示。
3步进梁的动作过程
在步进式加热炉里，钢坯的移动是通过静梁和动梁的相对动图1自动化控制系统组成单线图
作完成的。动梁的运动轨迹为矩形（如图2所示），由垂直运动的升降机构和水平运动的平
移机构组合而成，动梁相对于静梁作上升、前进、下降、后退4个动作。这4个动作完成步进
梁的一个运动周期，每完成这样的一个周期，钢坯就从装料端向出料端走完一个行程，行程
的长短由液压系统和位移传感器形成闭环来实现的。一块钢坯在炉内经过几十个步进运动
后达到轧制所需要的温度，由出钢机将钢坯轻放到出炉辊道送其连轧机进行轧制。
步进梁的水平运动是由平移液压缸完成的，水平运动时升降机构不动作。液压缸活塞
杆伸出，步进梁前进，液压缸活塞杆伸出，步进梁后退。液压缸活塞每完成一次动作都要经
过加速、匀速、减速3个阶段。步进梁的垂直运动是由升降机构来完成的，垂直运动时，平移
机构不动作。液压缸活塞杆伸出，步进梁上升，液压缸活塞杆伸出，步进梁下降。垂直运动的
速度曲线比水平运动的速度曲线复杂，其上升过程就经过2次加速、3次匀速和2次减速。图2步进梁运动轨迹示意图收稿日期：2010-12-16
作者简介：邱星魁（1979-），男，电气工程师，主要从事电气设备维护和自动化控制。
：梁书
第7卷第5期(2011年2月) Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术
目的是保证动梁在取放钢坯时的平稳运行，轻拿轻放，使钢坯在加热过程中的板形变形
最小。
4步进梁位置闭环控制与速度给定
要使步进梁作匀加速或匀减速的变速动作，必须控制驱动步进梁运动的液压缸的运
动速度，即控制进入或流出液压缸液压油的流量，控制比例阀的给定，这就是速度控制。
而位置闭环控制可以自动修正运行中偏差，能够达到高精度控制要求。但步进式加热炉
位置移动是固定的，以1780热连轧使用的步进式加热炉为例，上升最大行程为200㎜，前
进最大行程为550㎜，上升和前进的行程分成几段，每段的速度和加速度都不相同。上升
时运动行程和速度给定分七段，实际对应关系如图3所示。
步进梁的控制是由逻辑控制器、比例阀、比例放大器和位移传感
器组成的闭环系统。系统通过逻辑运算发出一个控制系统换算过的电
流信号给比例放大器，给定信号随行程段的变化而变化，给定信号的
大小来改变比例阀的输出流量，从而实现了速度控制。步进梁动梁的
控制实际上是对驱动动梁液压缸的比例阀流量大小的控制，而比例阀
有一个带死区的一阶惯性环节，并且液压缸较小给定时存在粘着效
应，为提高控制精度，因此步进梁动梁液压控制系统采用了在比例积
分的基础上增加一个专用的比例阀粘着效应的控制。如图4所示。图4步进梁比例阀控制系统图图3上升过程中速度给定曲线简图
5顺序控制与产品开发
加热炉区所有被控设备的各个控制环节之间既有联系又具有一定的顺控要求，一个环节动作结束，下一环节开始动作，当某环节动作出现问题，通过手动干预后恢复正常，这就是顺序控制。根据顺控程序编写的特点和步进梁电液驱动结构，结合生产工艺要求进行参数调整、程序优化、产品开发，便于设备维护和生产的稳定性控制。例如：比例阀控制的液压缸动作不到位或比例阀的性能下降，可以通过修改程序中比例给定进行修正，提高控制精度，延长阀的使用周期。
针对不锈钢和硅钢的产品开发，通过加热炉顺控参数的调整和程序修改，实现自动出钢过程中的整体提速，减少在轧制不锈钢和硅钢时的过程热损；通过程序优化和修改顺控动作过程，实现步进梁动梁自动停中位，动静梁上表面在同一标高，保证在硅钢加热过程中的板形控制，为后续轧钢提供符合轧制要求的钢坯。
6结束语
加热炉控制是一个独立的控制系统，电液结构的步进式加热是热连轧线上普遍采用的板坯加热方式，这种系统结构简单，设备稳定性好，控制精度高，便于控制系统优化和设备维护，有利于轧线新产品的开发和装出钢节奏的调整。这种控制方式从根本上解决了装出钢和钢坯运输的平稳起制动问题，实现了无冲击、无振动、快速短周期步进循环运动，确保了钢坯的出钢顺畅和加热后的板形。
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