带钢厂加热炉推钢机自动定位系统的应用

刘 嵩

摘要 针对加热炉推钢机控制系统，寻找或是采取一种利用比较先进的控制理念、成熟的控制技术、高质量的控制元器件，完全可以有效的解决制约生产节奏的瓶颈。该项目就是通过对带钢车间加热炉推钢机自动定位系统的应用与开发，大幅度提高设备的控制精度，降低设备故障停机时间，达到完全满足生产工艺的要求。

关键词 自动定位；控制精度；编码器

中图分类号TM762 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）67-0111-02

0 引言

本文系作者在参与福建吴航800不锈带钢调试过程中加热炉推钢机定位系统遇到的问题及改造方案的介绍。该加热炉采用步进梁式结构，对推钢机的定位精度，行走精度要求都是极为严格的。

1 控制过程及问题

在整个加热炉区，推钢机定位控制系统是可以说是整个炉区的诸多设备中的核心设备。推钢机定位系统的控制过程为：2CS操作台中的操作步进梁自动开关以及推钢机机械式位置检测信号都由控制电缆连接到操作台中的ET200分站中，通过现场总线经由PLC（6ES7315-2AG10-0AB0）内部程序处理后通过现场总线网络传输到炉区2CS操作台的ET200分站。在主电室内由接触器控制YZR200L-8，13KW型交流电机的正反转以达到控制推钢机行走和后退。由整个控制系统的构成及生产中的实际运行可知，该控制系统主要存在以下几个方面的问题。

1）推钢机的推料杆为两个2.8m共4.2t重的机械部件组装而成，推钢机实际行程为2.28m，推钢机电机的运行时间为12.4s。该交流电机控制部分采用接触器直接启动，如此重的行走部件要在如此短的时间内完成启动，加速，后退再停止，其运动惯性对设备的冲击损坏是十分严重的。且其惯性很大，对于停止时的位置定位不是很稳定；

2）推钢机行程定位的关键检测元器件为：LS212-P63MDW1型限位开关，该开关由于工作性质及加工精度的原因，其必须要连结在电机减速箱端。由其工作性质决定这样的定位系统存在很大的定位误差，并且在运行一段时间后，由于连结部位的磨损间隙增大，其检测到的实际位置信号会发生很大的变化，由此维护人员要根据实际情况经常调整限位开关的定位位置，以满足生产需要；

3）LS212-P63MDW1型限位开关由于技术落后，特别是由于一些备件的加工精度较差，在更换使用后经常发生位置信号移位的故障，有时还会因开关触点接触不良发生检测不到位置信号的严重事故。因此采用一种新的控制模式以及新的控制元器件势在必行；

4）采用现行的控制技术已不能完全满足生产工艺的需求，随着生产节奏的加快，由于推钢机故障事故的频频产生，原来那些控制技术落后的设备已不能适应现行的需要；

5）在炉区设备中运行着大量的需要精确定位的电气设备，比如出料炉门，出料机行走，出料机抬起，挑料机等设备。这些设备的运行现状和推钢机一样存在着诸如此类的问题，采取何种控制模式对这些设备进行控制技术的改造，成为一个新的课题。

针对以上问题，我们决定采取新的控制技术利用新的控制元器件，对推钢机的自动，精确定位进行适应生产的改造，同时让该控制技术成为一种成熟的可以大范围利用的新控制模式。

2 技术方案

2.1 总体技术思路

带钢车间加热炉推钢机自动定位电气控制系统主要组成为：西门子S7300PLC，ET200M，西门子6SE6430-2UD42-5GB0型变频器，CD4045B型制动单元，ABB公司GJE-2型每转600码旋转编码器，欧姆龙公司H7CY型双路计数器，YZR200L-8，13kW型交流电机等设备。

GJE-2型旋转编码器通过软连接方式直接与电机轴连接，该编码器每转输出600码，实际检测推钢机行程为2.28m，在该行程中编码器共输出55200码，则其检测精度计算为：2280mm/55200=0.04mm/个，即旋转编码器每个脉冲实际控制精度保证在0.1m级。

在保证6SE6430-2UD42-5GB0型变频控制器与CD4045B型制动单元等设备安全运行的情况下，调整变频器的制动时间为0.3s，即推钢机电机可以在0.3s内完成制动停止。该交流电机为YZR200L-8，13kW型，其转速为748r/min。在0.3s制动时间内编码器实际输出脉冲为：0.3X12.6X600=2268个，在实际预置计数器值时减去该值以修正实际行程值。

在推钢机形成为1.7m时，计数器的第2路预值输出信号作为电机的减速信号，控制变频器输出频率为40Hz，保证电机在比较低的转速下平稳可靠减速，到达极限位时PLC输出控制机械式液压抱闸器抱死，从而使其在规定时间内完全停止运行，消除误差。

2.2 技术方案实现

2.2.1 控制技术

本系统中PLC通过DP网络与变频器通讯，通过编码器定位实现对电机的速度控制。其控制精度与定位精度都达到了很好的效果。其原理图如图1，图2所示。

将GJE-2型旋转编码器的A路输出信号，分别接在H7CX型双路计数器的2个计数输入端。将计数器的第1个预值设为推钢机的实际行程，将第2个预值设定为其行程的减速点，计数器的第1路输出信号输入操作台内ET200M模块中，作为PLC程序中推钢机“前限位I”和“推钢机后限位I”在程序中组成推钢机自动运行系统。PLC通过DP网络控制变频器的运行，即变频器在PLC的速度给定下以设定的第1工作频率50HZ驱动推钢机电机前进；当推钢机前进至减速点位置时，计数器第2路预值达到，使其驱动电机在40Hz频率下减速运行。电机减速运行到形成限位时，计数器的第1路预值输出即“前限位I”输入PLC内，程序运行输出前进停止信号，变频器在0.3s内停止电机运行。计数器的第1路预值输出即“前限位I”作为计数器的复位，清零信号。同理推钢机在后退时依然会按照设定的行程实现自动定位。

图1

2.2.2 安全技术保障

在实际使用中为6SE6430-2UD42-5GB0型变频控制器加装一块速度PG采集卡，其作用为：1）将编码器的B路脉冲信号输入到该卡，监控编码器输出信号是否正常，一旦编码器信号异常，该卡会立即输出信号，停止变频器运行；2）该卡同时可以监控电机速度是否异常，保证电机不发生失速故障，行程不受控；3）作为计数器的清零，复位输出信号的组成部分。

3 实施效果及结论

此项目的创新点在于研究推钢机自动定位控制系统，保证了系统的准确定位，控制精度得到了可靠的提升，为快节奏的生产提供了可靠的保障。相比较改造前推钢机由于定位不准确造成的粘钢事故，以及影响出钢机出钢节奏，调整机械限位等故障时间，可以说改造效果十分显著。同时维护人员的工作量大为降低，每次机械维护人员在更换出料杆或者是维护出料杆，需要重新微调推钢机行程时只要在控制柜内改变计数器的第1预值即可。进而使调整限位工作变得十分简单可靠，同时避免了过去必须在设备开动的情况下工作而易造成的人身伤害事故。

图2

带钢车间加热炉推钢机自动定位系统的应用与开发项目实施后，在提高区域设备运行可靠性的同时创造了可观的经济效益，带钢车间加热炉推钢机自动定位系统的应用与开发投入正常的生产使用，各项功能与技术参数指标均达到了改造的预期目的，实现了高效，可靠，先进的自动定位控制系统。带钢车间加热炉推钢机自动定位系统通过对带钢车间加热炉推钢机自动定位系统的应用与开发，大幅度提高设备的控制精度，降低设备故障停机时间，达到了生产工艺的要求。

参考文献

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