摘要 介紹了軋鋼廠步進梁加熱爐自動化系統的研究與應用，通過軟件編程、動態補償、編碼器測長、變頻器優化等一系列策略對存在的問題進行改進，加熱爐的工作效率和自動化水平得到了大幅度地提高。 關鍵詞 步進梁加熱爐 程序 動態補償 編碼器 1 前言 濟鋼第一小型軋鋼廠2004年進行了全連軋改造，為滿足年產80～100萬噸棒材的要求，配備了一座加熱能力為130t/h（熱裝170t/h）的步進梁式空、煤氣雙蓄熱式、側進側出加熱爐，因此如何提高步進梁式加熱爐的出鋼速度和出鋼系統工作的穩定性一直是倍受關注的課題。 2 問題的提出 整個加熱爐區的電控系統由一套S7-414CPU實現，原加熱爐的出鋼周期大約為40秒左右，小時出鋼支數大約為100支，按鋼坯單重1.7噸計算，每小時的產量為170噸。大大低于熱裝時的加熱爐的加熱能力，這個矛盾在試產初期時鋼坯單重僅為0.8噸時顯得更加突出。而且步進梁的工作十分不穩定，故障頻發，更加制約了加熱爐加熱能力的釋放。經分析其主要原因如下: 1、控制系統的邏輯連鎖關系存在著重復，如：裝出料的爐門每次出鋼的過程中都要動作一次；只有在步進梁回到后下位才可以進鋼；步進梁只有在定位推鋼機回到后位時才可以啟動等等，以上的不必要的邏輯連鎖關系耗費了大量的時間。使加熱爐的出鋼周期大大加長。 2、步進梁由液壓缸驅動，在使用中由于步進梁的動作曲線未考慮整個步進機械的慣性，經常出現步進梁前沖的現象，使鋼坯在爐內的排列不均勻，在出鋼時不得不手動調整步距也影響了加熱爐的出鋼節奏。 3、原來的步進梁動作的邏輯連鎖程序存在著大量的邏輯死區，在實際應用中經常出項程序進入死循環，這時只有將PLC重新上電才可以繼續工作，影響了加熱爐出鋼節奏。 3 控制策略與改進方案 1、出鋼速度不高主要原因在于出鋼動作的邏輯連鎖太復雜和加熱爐電控系統的不穩定。在保證整個爐區設備的安全運行的前提下，對動作的邏輯連鎖關系進行優化，盡量的壓縮出鋼周期。主要有以下幾個方面： ①取消原來的爐前定位檔板，可以節約大約2秒的時間。利用爐前變頻輥道的制動，使鋼坯準確停在的爐前。 ②進出料爐門由原來的每進一根鋼坯各開關一次改為平時一直打開，同時利用變頻輥道的制動防止鋼坯沖撞步進梁。 ③進鋼指令提前發出，由原來的步進梁回到后下位啟動進鋼，提前到步進梁到達前上位就啟動進鋼。 ④步進梁的提前啟動，由原來的定位推鋼機回到后位啟動步進梁，提前到定位推鋼機達到前位就啟動步進梁。 改進后的電控系統邏輯連鎖關系如圖一： 2、增加步距補償程序。當步進梁上升通過托鋼點時自動記憶當前平移編碼器的數值，然后根據步距計算出前位的平移編碼器的數值。當步進梁達到前上位后下降的過程中，運用自適應的數字PID算法對步進梁的前位進行補償修正，確保當步進梁下降到放鋼點時本次前進的步距為給定的步距。 ①補償的主程序設計（見圖二） 在主程序設計中，步距補償僅僅在步進梁達到前上位后下降到放鋼點的一段時間內起作用。而且為防止步進梁顫動設計了一個死區（5mm） ②補償的數字PID算法框圖如圖三： 本程序在PLC的循環定時中斷OB32（周期為200ms）中調用，程序記憶三個掃描周期內的位置偏差按照公式： Un=Kp[E（n）×K1+E（N-1）×K2+E（n-2）×K3] 計算，其中K1，K2，K3為預先設定的系數，根據整個系統的大慣量的特性，分別設定為：0.8，0.1，0.05。 ③自適應系數的確定方法：在主程序中設定了一個補償停止條件，當步距偏差小于5mm時，停止步距補償。同時對比例系數Kp進行修正，修正公式如下： Kp+1=（Xp-Xm）×0.15+Kp 其中：Kp+1為下一次計算的數字PID增益, Kp為本次計算的數字PID增益, Xp為理論計算前位編碼器值, Xm為補償結束后編碼器的實際值。 3、對原來的步進梁程序進行優化，確保在邏輯上沒有死區，主要有以下幾個方面： ①增加手動回零程序，使步進梁程序進入邏輯死區后，可以手動回到原始點，同時對程序所有的狀態重新初始化。 ②在步進梁按照曲線減速到零后，而還沒有達到預定位置后，通過程序自動重新給定一個速度推動步進梁動作。 ③如果加上速度后在一定的時間內，仍然沒有達到預定位置，通過程序進行判斷，如果實際位置與預定位置的偏差小于10mm，則自動轉入下一個動作，繼續執行。 4、針對原來的加熱爐前檢測元件多而且沒有容錯處理的情況，通過對控制程序的優化，把兩個激光物體檢測器合為一個。而且在程序中進行了容錯處理，確保了工作的可靠性。徹底消除了原來的鋼坯爐內定位失敗的情況。 4 結論及使用效果 此次加熱爐電控系統的改進后，經過7個多月的運行，電控設備運行良好，出鋼周期由原來的40秒左右提高到了29秒，提速效果十分顯著，而且實現了零故障，滿足了高節奏生產任務的需要,而且各項指標均達到了設計要求。