基于GSM远程控制钢管穿孔斜底炉推钢机系统设计★

管建峰，黄亚东

（常熟理工学院，江苏 常熟 215500）

生产实践·应用技术

基于GSM远程控制钢管穿孔斜底炉推钢机系统设计★

管建峰，黄亚东

（常熟理工学院，江苏 常熟 215500）

针对专门为企业设计的热穿孔车间加热炉专用手机远程推钢机，介绍其推钢机结构、控制系统、远程询答控制的方式。此推钢机实现了具有智能化和人性化的专用设备的设计制造及应用，达到智能控制炉温并保持炉温在一定的范围内，有效预防了钢坯因温度不到位造成穿孔时偏心报废。

推钢机 远程控制 GSM 单片机

常熟市盈丰钢管有限公司生产荒管，荒管生产前要对管坯料进行加热，所用燃气是水煤气，加热圆钢料正常温度在1 230～1 250℃，并要求适当保温，让内外钢温加热均匀，防止穿孔后出现较大的偏心质量问题。为此设计了一套远程控制及系统自动温度控制、时间控制的专用推钢机系统。

1 推钢机的机械结构设计

此款专用推钢机主要用于斜底炉炉前侧面推钢，通过推钢机输出动力，逐步将炉内的钢坯从侧面推出，钢坯推出后进入滚道，后续进行穿孔处理。链轮传动式推钢机，传动结构简单，易于维护，推力也较大。根据车间使用的经验，推力在0.2 MN以上时，一般采用链轮传动式推钢机较适宜，使用可靠［1］。

专用推钢机由电机、摆线针轮减速器、链传动系统、推杆系统、冷却系统和机架等组成；控制系统由温控系统和GSM远程控制系统组成，该机器推行平稳、推力大，可推进双排坯料。链轮传动推钢机的特点是：结构简单、推力大、造价低、维修维护方便。该推钢机外形如下页图1所示。

1.1 机架设计

机架主要用型材按照一定的结构焊接连接而成，结构比较简单，但对工字导轨要求有一定的平行度。1.2 推杆结构设计

推杆工作中会受到齿条推力、钢板阻力、压轮压力等复杂力系的作用，要求强度、刚度要高，结构要可靠，耐高温，一般采用箱型梁钢板焊接结构。本设计需要在温度1 200～1 300℃下高频间断性工作，45号钢熔点为1 495℃左右，且价格低廉，完全适用，因此选择推杠杆结构用45号钢管焊接，中间加顶撑结构即可。

1.3 推钢杆的冷却

因推钢杆长时间在高温下工作，为延长使用寿命需要冷却，避免出现长时间加热。本设计利用水冷法，通过水流持续输出输入达到冷却效果。采用上口进水，下口出水以达到冷却的效果。

2 炉温控制的影响

在穿孔时钢的温度及钢坯的温度是否均匀对穿孔的质量影响比较大。温度控制主要是过程温度控制、终点温度控制、均温时间。如果炉膛温度达到了加热温度则一般温度在1 250℃，加热保温还有一定的时间要素，需要保温，等到钢坯的内外温度基本均匀后推钢机方可推钢进行穿孔，但保温时间也不能太长，防止钢坯晶粒长大，或者出现过烧现象；如果温度过低，出现不能穿孔或者穿孔出现偏心现象，则会严重影响产品质量，所以要控制保温温度和一定的保温时间，才能保证穿孔质量。

3 电气控制

3.1 本设计的要求及流程

炉内检测处温度达到1 250℃，当炉内温度达到1 250℃时，由单片机和TC35通讯，由远程模块通过GSM网路和手机进行通讯，请示手机是否可以允许推钢，在允许的指令下，按下按钮，开始计时，10 s后小车前进；如果许可指令不下，则按下按钮，还是没有推钢动作；如果炉内温度达不到1 250℃，不会向手机发出请求指令，如果按下按钮小车也不做任何动作；小车行进到设定位置停止前进，自动回到初始位置；如果温度低于设定温度1 250℃，则自动停止推钢工作；当温度再达到设定温度1 250℃时，第二次请求重新开始。以此反复，具体如图2所示。

图1 推钢机构正视图（单位：mm）

图2 流程控制图

3.2 实施方法

当推杆小车在原始位置时，按下启动按钮SB1，继电器KT得电，开始计时，10 s后线圈KM1得电，接触器KM1闭合，驱动电机M起动，同时小车前进；当推杆小车快进到达A点时，光电传感器S1收到信号，行程开关闭合，线圈KM2得电，接触器KM2接通，电动机反转；推杆小车回到原点，光电传感器1收到信号，光电传感器S2失电，小车停止运动，此时完成一次工作；当行程开关SQ1合上，反转控制电路断开，电动机不得反转。按下正转启动SB3，电机正转，带动了推钢机前进。到达终点时压下行程开关SQ2，将SQ2动断触电断开，推钢机返回原位，具体电路原理如图3所示。

图3 电路原理图

4 GSM远程控制原理

4.1 GSM通信模块

GSM（Global System of Mobile communication的英文缩写）是全球蜂窝系统中的一种。基于GSM发送短信给单片机，使得单片机接受短信并转化为数字信号，然后去控制开关使得推钢机进行开关，保持炉温的稳定，确保炼钢炉达到设定温度并保持固定的时间防止工人为了产量在未达到温度时进行下一步操作使得钢材报废。

操作方法：一台平常使用的手机发送指令，单片机接受短信转化为数字信号，同时控制与之相关的控制操作。

手机发送短信到单片机的具体步骤大概如下：用手机发条短信到GSM模块；GSM模块收到短信后并按照设置代码运行设置的指令；在此指令下，将附一个值给变量参数，由此参数加载到单片机中进行运算；根据运算结果调用指令将实行A/D转换并由引脚发出。

4.2 工作原理

手机发送指令到GSM模块，GSM模块连接在STC8951单片机上，将手机的电信号通过A/D转换变为单片机接受指令。单片机接受指令后控制斜底炉推钢机开关。同时热电偶可以监测炉温，当达到其所设定的温度时，K型热电偶WAN-440传输信号到单片机，单片机通过调动内部设定的代码发送信号给GSM模块，GSM模块在通过网络发送短信到手机，询问是否进行下一步具体操作［1，2］。进而解除了距离对于斜底炉推钢机开关影响。整个系统的简易框架图具体如图4所示。

图4 简易框架图

5 系统元件具体功能

需要的元件：GSM模块（西门子公司开发的TC35i）一个、STC89C51单片机一个、K型热电偶WRN-440、电源模块、固态继电器。

设置短消息发送格式AT+CMGF=0＜CR＞，0表示PDU模式（当前用汉字传输大多采用PDU模式，因而，发送的短信为中文时在参数初始设置应采用PDU模式）＜CR＞为回车。

中心号码由运营商提供。设置信息指令格式为：AT+CSCA=“86+8613966655666’”＜CR＞。完成后模块返回＜CRLF＞OK＜CRLF＞。读取短消息使用命令AT+CSCA=？ ＜CR＞。 TC35i模 块 返 回 ：＜CRLF＞+CSCA：“8613966655666’”＜CRLF＞

短消息自动提醒设置：用CNMI指令，AT+CNMI=1，1，0，0，1＜CR＞

设置完成返回：＜CRLF＞OK＜CRLF＞

设置指令可以令模块在收到消息后向串口发送命令：＜CRLF＞+CMTI：“SM”，INDEX＜CRLF＞

确保下列操作可以顺利进行：

模块通电，AT指令与PC串口正常通信。

SIM卡上有话费，且可以登录 GSM网络（AT+CREG查询，若返回1或5为正常）

AT+CMGF=0 完成设置

通过TC35i发送消息，发送的方法如下：串口调试可以输入：AT+CMGS=“13962212345”＜CR＞（这个号码为要发送的手机号码）

此时可以看到大于号（＞）跳出，提示此时可以编辑消息内容。

若想发送消息“开始执行”，直接在大于号（＞）后面编辑就行了，PDU模式的数据以＜Z＞为结束符，在消息发送之后，返回到模块：CRLF＞OK＜CRLF＞

通过TC35i接受消息，发送的方法如下：

接收串口指令：＜CRLF＞+CMTI：“SM”，INDEX＜CRLF＞

串口读取PDU的AT指令：AT+CMGR=INDEX＜CRLF＞

为了防止SIM卡内存不够用，因此在执行指令后应删除短信息。删除指令为：AT+CMGDR=INDEX＜CRLF＞

在删除过后返回模块：CRLF＞OK＜CRLF＞

6 系统测试后的效果

将TC35i的输出电平MAX232转变为RS232，连接串口且和PC机相连。令TC35保持接通状态，打开PC机上串口调试助手，调试使得助手数据为“波特率19200，没有校验位，8位为数据，1位为停止位”在设定好后，编辑AT指令然后回车再发送。若接受区返回OK，此时模块正常。若接受区没有返回，先检测一下串口的选择是否正确，同时注意在“十六进制发送”不可以打钩［3-7］。

7 结语

该温控推钢机的设计已于2013年申请了专利，专利号：ZL2013 2 0634279.x［2，8］。该专用设备采用热电偶检测温度，采用了时间继电器的延时保温，采用的GSM手机操作和控制斜底炉的温度控制，使用专用链式推钢机，采用水循环冷却推杆系统，保证了穿孔质量，同时避免了人为因素对产品质量的影响。这样的远程操控和炉温控制推钢机设计对还在使用人力出钢的热穿孔车间企业具有广泛的推广价值。

［1］ 濮良贵，纪明刚.机械设计［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［2］ 管建峰.可远程控制的制冰系统：201320634278.5［P］. 2014-05-07.

［3］ 何光禹，李太全.基于TC35i GSM模块的SMS设计和应用［J］.现代电子技术，2010（16）：157-159.

［4］ 周永宏，滕军.基于单片机与GSM模块的电力设施防盗报警系统设计［J］.科学时代，2010（11）：78-79.

［5］ 车朝雄，赵彦敏.基于串口的手机收发短信的设计方法［J］.福建电脑，2006（2）：49-50.

［6］ 丘斌，李兵.GSM与分组交换共用数据网之间的通信［J］.电信快报，1999（5）：9-10.

［7］ 王锋，林建辉.GSM短信平台的设计［J］.中国测试技术，2005（3）：101-102.

［8］ 管建峰.温控推钢机系统：201320634279.x［P］.2014-03-26.

（编辑：张伟）

Steel Pipe Perforation Sloping Hearth Furnace Steel Pusher Machine System Design Based on GSM Remote Control

Guan Jianfeng，Huang Yadong
（Changshu Institute of Technology，Changshu Jiangsu 215500）

This paper specially designs remote steel pusher in cellphones for heating furnace in hot piercing workshop in enterprises，mainly introduces structure of steel pusher，control system，way of remote enquiry-response control.This steel pusher realizes the design and manufacture and application of intelligence and humanization of special equipment so as to achieve intelligent control of furnace temperature and keep the temperature within a certain time to prevent the production of steel caused by internal and external temperature of different steel scrap.

steel pusher，remote control，GSM，SCM

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.16

TG333.3

A

1672-1152（2015）06-0045-03

2015-10-15

★专利号：ZL2013 2 0634279.x

管建峰（1967—），男，研究方向：机械电子专业，高级实验师。