步进梁式加热炉的PLC控制

1、步进梁式加热炉的PLC控制PIC技术步进梁式加热炉的PLC控制游经东(新余钢铁集团有限公司线棒材厂,江西新余338001)摘要根据高速线材轧机生产要求,结合实例介绍步进梁式加热炉步进机构的组成以及步进控制的实现.关键词步进梁式加热炉S7400步进控制步距误差补偿0引言为了减轻钢坯因受热不均而产生的变形,弯曲以及加热钢坯的心表温差,步进梁式加热炉以其优越的加热质量,灵活的操作性能受到了高速线材轧机的普遍推崇.本文将以某高速线材厂的步进梁式加热炉为例,阐述步进机构的组成以及控制原理.1工艺要求为满足全连续高速线材轧机的生产要求,该厂采用循环步进周期为42s,冷坯加热能力为12ot/h的加热炉.要求

2、其动作灵活可靠,起动,制动及停车时无明显振动或抖动,活动梁从固定梁上托起或放下钢坯时必须采用无级减速,以减小振动冲击,防止炉床损坏.2步进机构的组成2.1机械及液压组成根据工艺要求,步进机构采用双轮斜轨式液压传动方式,如图1所示.图1步进机构结构侧图活动梁的升降由双油缸同步联合驱动,而水平方向的前后移动则由单油缸驱动.机构在运行中的速度控制是通过调节液压缸中油的流量来实现的,而该液压系统油流量大,压力高,因此采用电液比例阀.该阀的优点是不会造成系统压力的骤升骤降,控制平稳,流量可控且调节方便,能消除电磁换向的噪声和摩擦热,大大提高了步进机构运行的可靠性.2.2控制系统组成PIC控制系统配置了2

3、套西门子s7400PIC,分别用于电气传动及燃烧控制.电气传动PIC由主机架与远程ET200分站组成,PLC硬件组态图如图2所示.图2电气传动PLC硬件组态图主机架配置了CP4431以太网卡以便与二级计算机及主轧机进行通信.由于远程设备和传动设备较多,因收稿日期:20110712作者简介:游经东(1976一),高级技师,主要从事自动控制系统的维护和管理工作.24lWWWI电工技术此电气传动PIC通过Profibus总线与各远程ET200分站和传动设备进行通信,既保证了系统的整体快速响应,又降低了布线成本.工程师站和HM1分别采用西门子的Step7编程软件和WinCC组态软件来实现相关的调试和监

4、控.对于步进梁式加热炉,步进机构的控制是关键,要PLC技术求控制系统能够平稳地实现炉内钢坯的运输,以避免较大的机械冲击和抖动,这就需要控制系统能够根据安装在油缸内部的位移传感器发出的信号对液压流量进行实时控制.3步进控制的实现步进控制是步进梁式加热炉的关键控制技术.设计了一个为步进控制提供动力的液压站,由它产生的一个约120MPa的恒定动力源经比例液压阀组控制和换向来驱动步进机构的液压缸,以达到让步进梁运动的目的.3.1步进机构控制步进机构运行轨迹如图3所示,内圈的方块为步进方块,用于表达步进机构的动作顺序和方向,而附着在外圈的马鞍形曲线则为实际动作的速度方块图.图3步进机构运行轨迹图步进梁从

5、起始位开始通过上升一前进一下降一后退(到起始位)完成一个出钢循环.为保证运行平稳,安全可靠,循环过程的各阶段都有相应的速度控制和逻辑连锁关系.步进机构上升,下降过程中有2个变速过程,体现了步进机构对钢坯的轻托轻放原则,大大减小了钢坯运动对步进机构的振动冲击,延长了步进梁的使用寿命.从液压方面考虑,采用这种技术可使系统负荷平缓过渡,避免了长时间大流量对比例阀的冲击.炉区PLC直接给控制液压站的远程ET200站发出指令,并接收来自油缸内置位移传感器的位置信号,同时按预先设定向比例阀发出一定量的电压信号,以控制其开度来实现位移速度的控制.由于比例阀动态精度高,响应快,因此可通过改变PLC模拟输出量的

6、电压值来实现对步进机构速度的连续可调,达到快速起动,缓慢停止的要求.由此可见,采用此种控制方式的步进梁式加热炉运行稳定可靠.3.2步距控制步距控制严格地说应是步进控制的一部分.但因步进机构加上了一炉钢坯,其质量常超过200t,且每步必须按工艺要求控制在260mm,故控制难度极高.如果每步误差lmm,那么从钢坯入炉经72步运行至出炉时累积误差可达72mm,这将导致钢坯不能完全上辊道,严重影响钢坯的正常出炉.因此,为消除这种累积误差对钢坯出炉的影响,引入了步距误差补偿法.其实质是先比较每步的实际位移与工艺值260mm之差,然后将得出的误差值纳入下一步的钢坯运行步距计算,使上一步的步距误差由下一步去

7、补偿,减小钢坯出炉时的累积误差,保证钢坯按要求上辊道顺利出炉.3.3步进梁的动作方式3.3一循环动作在自动状态下,轧机要钢信号一旦发出,步进梁便从原点”0”位开始上升至”1”位,此过程按程序设定曲线(包含加速和减速过程)完成钢坯的轻托动作.而后向“2”点前进,到位后再向”3”点下降,当动梁下降到静梁之下时,输出辊道执行出钢动作,上料辊道则执行装钢动作;与此同时步进梁继续下降至”3”点,最后返回“0”点,到位后发出下一步出钢允许信号,并等待下一循环的动作.在手动状态下,选择正循环动作,步进梁按照”0”一”1”一”2”一”3”一”0”进行一周期的循环动作而后停止;选择逆循环时,则按照”0”一”3”

8、一”2”一”1”一”0”顺序进行.3.3.2踏步步进梁若在10min之内收到轧机要钢信号,则执行踏步动作,即自动上升到位并保持30s,而后便下降,到位后再保持30s又上升,如此循环往复.3.3.3中位保持步进梁如果踏步执行了10min后仍未收到轧机要钢信号,那么将停止踏步动作,转而进入中位保持状态,即从“0”开始上升至静梁的高度停止,此后在未收到轧机要钢信号之前一直保持此位置.这有利于减小钢坯在高温下被烧弯的可能性.3.4程序结构加热炉步进机构采用西门子S7400型PLC控制,PLC控制程序基于Step7编程开发,加热炉步进控制应用程序结构如图4所示.B1FC10,ljLJOB1一主程序组织块

9、;FC1O炉内控制及参数设定;FC5一钢坯八炉控制;Fc54一出钢控制;Fc5O一步进控制;Fcl3一变频器控制Fcl4一变频器速度给定;FCI5速度拐点平滑过渡控制图4加热炉步进控制应用程序结构图步距控制,步距误差补偿,踏步和中位保持功能均由FCS0来完成.除此之外,PLC中还设计了”速度平滑过渡控制”,”集中参数设定”等特有功能程序,使得步进梁动作更加平缓可靠,步距控制精确,参数修改集中,方便.(下转第59页)电工技术J2O11J12期f25(6)有条件时选用三段式保护直流断路器.电力工程直流系统设计技术规程规定:各级保护装置可采用瞬时电流速断,短延时电流速断和反时限过电流保护.三段式保护

10、直流断路器增加了”短延时电流速断”功能,目前有“15,30,60ms”三档延时,满足直流电源系统设计选型要求.4直流断路器安装验收要求直流电源技术监督规定规定:生产厂家对直流电源设备内所选的自动空气断路器和熔断器,在安装前应进行安秒特性和动作电流级差配合校验.我们可以在设备监造时或验收前要求制造厂进行这项工作.(1)可以通过以下方式得到直流断路器的安秒特性:由直流断路器的制造厂提供.由北京人民电器厂直流试验站通过试验试品得到.通过在配套厂和安装现场进行试验得到.目前,重庆市电力系统采用重庆泊津科技有限公司的专利产品便携式直流断路器现场级差配合试验仪,通过对现场直流系统进行真实的短路事故来进行断

11、路器的级差配合检测,可真实地反映直流断路器级差配合的状态.(2)只能通过试验设备来校验直流断路器的动作电流.(3)直流断路器的级差配合校验方法:在现场进行短路试验.这是最直接的试验方法,但在试验时需注意控制短路时间在150ms内,直流电源系统不应带直流负荷,应切除不能承受短路电流的元器件和设备.由北京人民电器厂直流试验站通过试验试品得到上下级的越级电流,然后通过欧姆定律计算断路器安装处短路电流或在现场进行短路试验以测量该处的实际短路电流,最后根据短路电流判断其是否越级.通过欧姆定律计算断路器安装处短路电流的公式为:nUo/En(rb+)+rj+rk式中,为断路器安装处短路电流,A;为蓄电池组单

12、体只数;U0为蓄电池开路电压,V;rb为蓄电池内阻,Q;ri为蓄电池间连接条或导体电阻,Q;rj为蓄电池组至断路器安装处连接电缆或导体之和,Q;rk为相关断路器触头电阻之和,Q.5直流断路器安装,运行要求(1)正,负极性不能接错线,否则断路器将被烧毁.小型直流断路器具有永磁磁吹灭弧装置,电弧电流在永磁体磁场中产生的电磁力方向与电流,磁场方向有关.接线正确时,断路器脱扣时的电弧电流在磁场作用下产生的电磁力将电弧电流吹向灭弧装置;接线错误时,磁场方向未变,电弧电流方向相反,电弧电流在磁场作用下产生的电磁力将电弧电流吹向断路器的操作机构,严重时将烧毁断路器.(2)注意厂家规定的进线方式.GM系列直流

13、断路器采用上进线方式,5SX(5sj)系列直流断路器采用下进线方式.5SX(5SJ)系列直流断路器的正确接法是电源进线在断路器下接线端,左1为正极,右3为负极;若采用上进线方式,则必须将电源进线的正极接断路器上接线端的右4,负极接上接线端的左2,这样可使通过断路器的电流方向不变,保证断路器脱扣时电弧电流在磁场作用下吹向灭弧装置.(3)运行时,尽量减少断路器的分,合闸次数,防止直流短路和长时间过负荷,以延长直流断路器的寿命,保证直流系统安全运行.6结束语直流系统是为变电站,发电厂提供继电保护,自动装置和高压断路器分合闸等电源的设备.目前,电力用直流和交流一体化不间断电源设备已在变电站得到推广使用.它是将直流电源,电力用交流不问断电源(UPS)和电力用逆变电源(INV),通信用直流变换电源(EX3/DC)等装置组合为一体,共享直流电源的蓄电池组,并统一监控的成套设备.而要保证直流系统的安全,可靠运行就必须正确选用直流电源设备及直流断路器.参考文献lJDL/T724200O电力系统蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程s2DL/T1O742OO7电力用直流和交流一体化不间断电源设备S(上接第25页)4人机界面炉区内各设备运行状态的监控由WinCC