电气基础自动化及电气传动

电气基础自动化及电气传动

6.3.1 主要电气控制项目

6.3.1.1概述

当板坯进入加热炉区的上料台架后，经过台架装置的移动，将坯料送到受料辊道上，并进入测长辊道，对坯料的进行测长、测温。

确认坯料合格后，将钢坯通过过渡辊道送到加热炉尾的装料辊道上。对坯料进行炉宽方向的定位。

定位完成后，在加热炉满足装钢条件时，装料炉门开启，装钢机按照计算好的行程将板坯推入炉内固定梁的预定位置上，然后装钢机退回原始位置，炉门关闭；

放进炉内的钢坯根据轧线系统对生产节奏的要求，通过炉内步进梁的正循环动作，板坯依次通过炉子的预热段、加热段及均热段，并被充分的加热到予期的出炉温度。

当出钢侧的激光检测到有钢信号，步进梁停止前进，等待出钢；当轧线发出出钢请求时，出料炉门开启，出钢机根据计算好的行程，伸入炉内预定位置，将已加热好的板坯托起，抽出放在出炉辊道中心线上，然后出钢机返回到原始位等待下次动作。

加热好的钢坯放到出炉辊道上后，辊道启动前进，将钢坯送出至轧机。

在上述上料、装出钢及炉内步进的过程中，所有电控设备的运转状态、电气故障、设备故障均通过电控系统进行在线监控，对重故障、轻故障报警分类，并以声、光报警方式提示、打印，记录报警类型。

6.3.1.2 电气基础自动化的控制项目及控制功能

加热炉电气基础自动化系统的硬件、软件的配备，是根据钢坯的输送和加热炉机械设备的动作要求而设置的。整个炉区需要具备如下控制功能：

6.3.1.2.1 上料台架的控制

本系统分两组上料台架，分别由两组液压缸驱动，通过PLC完成各种动作，使得坯料顺利落到受料辊道（A1或A2）上。

操作地点：装钢操作台；装料侧HMI。

传动方式：阀控液压传动。

台架上坯料检测元件：冷金属检测器（CMD）共4个

6.3.1.2.2 板坯的长度测量

当钢坯进入测长辊道A3后，通过设在辊道前的l冷检（CMD10）以及编码器(PLG)，对钢坯进行测长。对L2系统传来的数据进行校核。同时完成坯料的入炉前测温。

测长、测温的操作：

操作地点：装钢操作台；装料侧HMI。

传动方式：采用单机分组变频传动。共2组。

测长检测元件：共设置2个CMD、1个PLG。

测温仪表：一套。

联锁关系：相应辊道的启/停、钢坯位置信号。

若板坯的实际测量数据与二级系统传来的数据相差太大，则系统报警，提醒操作人员注意，由操作人员决定继续装料或修改数据。

6.3.1.2.2A 测长原理(见下图)：

当坯料头部被光电管CMD2检测到时，PLC开始对编码器PLG的转速脉冲计数；当坯料尾部通过CMD1时，停止对编码器PLG的转速脉冲计数。

则：坯料长度：L = L1 + Lx 其中：

L1：CMD1和CMD2的固定距离；

Lx：坯头到CMD2之间的计数长度。

适当安排好CMD1和CMD2的位置，可以获得更准确的坯料长度。

6.3.1.2.2B 坯料的测温

在测长和称重的过程中，由设置在测长辊道上方的红外测温仪完成坯料入炉

前的测温。

6.3.1.2.3 坯料的输送和入炉侧坯料（在炉宽方向的）定位

坯料进入炉尾的入炉辊道,开始进行炉外的坯料定位。

操作地点：装钢操作台；主操作室的操作台或者主HMI。

传动方式：辊道采用单机成组变频传动。

检测元件：共设置多个冷金属检测器、和一个定位用光电编码器（PLG）。

以用于辊道组坯料根踪、联锁、炉前定位。

联锁关系：相应辊道的启/停、冷检及钢坯位置信号。

6.3.1.2.3A 双排料的炉外定位（见下图）

以‘坯料1’为例：当CMD2检测到坯尾，PLG2开始计数，同时A12a、停止，A12b减速。在计数值满足：

定位关系式：λ = （L1 - L）/2 时，A12b辊道停止。保证了板坯1的对中。

同理，通过CMD1、PLG1的组合，完成‘坯料2’ A7上的炉外对中。

6.3.1.2.3B 长坯料的单排料炉外定位（对中）

联锁关系：A6辊道有钢坯；A7、A8辊道无钢（此时A7、A8联动）；装钢机在后位。

动作：启动A6辊道及定位辊道A7/A8（保持速度同步并减速），将‘板

坯1’送到定位辊道A7/A8上。通过CMD1、PLG1（或PLG2）的组合，以及由L2发送的本坯料长度数据，完成单排料的板坯1在A7/A8上的炉外对中（见下图）。当CMD1检测到坯尾，PLG1（或PLG2）开始计数，同时辊道减速。在计数值满足：定位关系式：λ = （L1 - L）/2 时，A7/A8辊道停止。坯料的中心线

种定位方式。具体方式要根据工艺的炉内布钢图的要求来进行。

6.3.1.2.3C 同炉区L2的信息交换

在坯料进入A12辊道的同时，轧线计算机将相应坯料的所有档案数据发送到炉区计算机（L2）,同时经过L2将相应的数据发送到本加热炉的PLC系统（L1），用于L1生产性的物料跟踪；

L1将对应与该坯料的设备动作信号发送给L2，并通过炉区L2将信号发送到轧线计算机，用于轧线计算机的全过程生产管理跟踪。

6.3.1.2.4 坯料的宽度校核及其在炉内的定位

联锁关系：装钢辊道有钢且定位完毕；装钢辊道停止；装钢机处于后下位。

动作：

第一：装钢机的前沿在原始位（0），也就是后下位，坯料在A7、A8辊道上；

第二：（见图中2行）装钢机在下位前进，进行钢坯的推正动作。前进的同时，同装钢机的水平位移成线性关系的‘PLG’对装钢机的水平位移进行检测。

‘LT’的位置及PLG的“位数”，就可以在推正的同时，精确地检测到钢坯的实际宽度。

如果测宽一次通过，即将算机网络下传的宽度信息作为纵向装钢定位的依据。

由PLC将‘计数值’换算为装钢机前进的距离‘L2’。由于原始位（0）到‘LT1’的距离为固定值（L1），则：

坯宽： W = L1－L2

第三：如果第一次测宽没能通过，则进行第二次测宽，将钢坯托回到辊道上，重新进行上述动作。

当两次测宽均同钢坯的档案宽度有较大误差时，控制系统发出提示信号，由人工进行实际宽度的复核。作为（炉内）装钢定位的依据，同时将实测的长度数据传送给L2，。用于修改轧线相应数据。

6.3.1.2.5 水平方向的动态装钢及坯料的炉内定位（炉长方向）

装钢机的动作的全过程

联锁关系：测宽完毕；炉内第一料位无钢。

动作：开启装料炉门的同时，装钢机上升托起钢坯。若此时固定梁第一料位无钢坯，则装钢机前进，将钢坯送到距离上一块坯料的后沿50mm处，即上图的“Lx”，放下并返回到原始位。同时系统开始了对本块钢坯的物料跟踪。

由于钢坯的宽度不同，而步进梁的步距一定，因此，对于每块当前的被装坯料而言，其前块坯料的后沿位置都是一个随机数，所以，装钢机的每一次装钢位移量是不同的，也就是说，他是一个全动态过程。

装钢机水平移动

采用一台由VVVF拖动的平移变频电机，在传动轴的一端，安装一台编码器（PLG），在另一端，安装一台旋转凸轮控制器。

正常情况下，由PLG、VVVF、电机和装钢机构成的装钢系统，在PLC的控制下，完成装钢机的平移及炉内坯料定位功能。最大装钢位置误差可控制在±5mm 之内。当PLG出现故障时，由凸轮控制器进行简单控制装钢，起到和PLG的互补作用。

装钢机升降：采用液压控制，较为简单，描述略。

6.3.1.2.6 装料炉门的控制

装料炉门的动作为全开/全闭。

操作地点：就地操作箱；主操作室HMI；

传动方式：液压方式，电液控制下的液压驱动；

检测元件：两个接近开关；

联锁设备：活动梁、装钢机的位置信号。

6.3.1.2.7 步进梁动态位置检测及控制

作用：完成钢坯在炉内的循环/单动/点动，及步进机械在运送过程中的惯性修正。

操作地点：就地操作箱；出钢操作台；主操作室HMI。

传动方式：电液控制下的全液压驱动。

检测元件：2台位移传感器。

联锁设备：装钢机/出钢机的位置、装料炉门/出料炉门的位置信号。

详细说明如下：

6.3.1.2.7A步进梁动态位置检测

本加热炉采用全液压驱动的步进梁机构。在步进机构相应的驱动液压缸上，设置2台位移传感器，其中一台用于活动梁垂直方向的位置检测，一台用于活动梁水平方向位置检测。

6.3.1.2.7B步进梁工作状态（运行控制）

手动状态

有点动/单动/正循环/逆循环四种方式。在主控台及步进梁地坑操作箱，设置相应的转换选择开关和操作按钮。以下以单动、点动、正循环为例加以说明。

单动方式

通过按动一次相应的：“升、进、降、退、正循环、等高”按钮，来控制相应的动作至极限位，同时在运动的过程中，步进梁自动具备：

缓启/缓停、轻托/轻放等功能。

点动方式

只有在“按下”相应的：“升、进、降、退”按钮时，步进梁在低速的情况下，执行相应的动作，并在相应按钮被“松开”时，动作立即停止。在本方式下，步进梁不具备：缓启/缓停、轻托/轻放功能。

正循环方式

按动一次“正循环”按钮，步进梁将顺序完成“升→进→降→退”四个动作，同时在“升、进、降、退”的四个动作中，具备缓启/缓停、轻托/轻放等功能。

自动状态

步进梁的自动方式是配合加热炉的区域自动或全自动的情况进行的。例如：在出钢优先的区域自动情况下，当加热炉收到轧线L2的要钢指令时，炉区PLC 则指挥加热炉设备顺序完成如下动作：

装钢机锁定在原始位→步进梁作一次正循环→开出料炉门→出钢机下位前进→托起被加热好的钢坯→出钢机后退至辊道中心线→关出料炉门→出钢机下降→出钢机后退至原始位。

根据实际情况，自动方式的动作顺序也不尽相同，具体视每座加热炉的工艺、

设备的要求而定。

6.3.1.2.7C 步进梁的补偿控制

步进梁水平运动的补偿控制

步进梁在进退过程中，为了确保每前进一步的准确性以及物料跟踪的正确性，需要在步进梁前进过程中对步距进行随时地自动补偿。例如：对于标准步距500mm而言，由于惯性等原因，步进梁在某一步可能实际前进501mm。则在下一步前进时，自动将步距调整为499mm. 因此，有效地保证了板坯在炉长方向运动步距的准确性、可预见性。

“自举式”步进梁速度控制及液压系统的功能利用

步进梁的循环速度是根据轧线的能力以及加热炉的加热能力等综合指标确定的。系统一旦调试完毕，其（满足上述能力的）实际循环速度即以确定。但是，由于步进梁是工作在开环状态下，系统长时间的运行，不可避免地会出现比例阀的内漏（由磨损而产生）、液压管道系统阻力增大（由微量结垢造成）。都会使活动梁的运行速度下降，影响活动梁的循环速度。严重到一定限度时，就需要更换比例阀或作其它处理。

我们针对上述现实存在的问题，开发了“具有自学习功能的‘自举式’步进梁速度控制”软件。本软件的功能是：

自动地调节步进梁的运行曲线为理想状态（设计值）；

既保证了步进梁具备了等同于闭环状态下的控制精度，又使系统保持了在开环状态下的响应速度和稳定性。

克服比例阀在一定范围内，内漏的影响。这样，最大限度地延长了比例阀的使用寿命——直到液压站的能力达到极限。

经我们多年的不断完善，步进梁运行的执行程序已经模块化。本模块中包括步进梁在各种工况下的所有功能、运算、补偿、同步（仅在双梁下使用）、联锁等。

6.3.1.2.8 出料炉门的控制

出料炉门要求有全开/半开/全闭的动作控制。

操作地点：就地操作箱；主操作室HMI.

传动方式：.液压方式：电液控制下的液压驱动，

检测元件：每个炉门设置三个接近开关。

联锁设备：活动梁、出钢机的位置信号。

6.3.1.2.9 钢坯的出料控制与传动

操作地点：就地操作箱；主操作室HMI。

传动方式：出钢机进退采用变频传动，升/降液压传动。

检测元件：共设置了4个极限开关、2个光电编码器、1台激光检测器。

联锁关系：出料炉门、活动梁位置、钢坯位置、出料辊道上有/无坯料信号。

6.3.1.2.9A出钢机的动作顺序

步进梁前进时，当靠近炉头一块钢坯的前沿信号被激光检测器（LT/LR）捕捉，则开始检测并记录坯料前进的位移（L1），同时步进梁走完这一步后，步进梁暂停循环，等待出钢。

此时: 出钢机爪的前沿在原始位（0）；

原始位（0）到LT/LR的距离为：λ0

坯料的前沿距离激光检测器（LT/LR）为：λ 1

坯料的宽度（来自资料跟踪）为： W

出钢辊中心线到原始位（0）的距离为：λ

因此，出料机在下位前进，爪的前沿应该插入的深度为：

λ=λ0－λ1＋3/4·W （mm）

然后托出坯料，并放在出料辊道中心线上。

整个过程具备轻托、轻放功能。

和装钢一样，对于每块坯料而言，其后沿位置都是一个随机数，坯宽也是不尽相同，所以，出钢机每次伸入量是不同的，而且停在辊道上的位置也不相同（只是要求中心线对齐），故他也是一个全动态过程。

6.3.1.2.9B出钢机的拖动

水平移动：采用一台由VVVF拖动的两台平移电机，拖动两套出钢装置，左右出钢装置同时进退。在其中一台电机传动轴的另一端，安装一台编码器（PLG），和两个极限开关。正常情况下，由PLG、VVVF、电机和出钢装置构成出钢机系统，在PLC的控制下，完成出钢机的平移功能。最大位置误差可控制在±10mm之内。

出钢机升降：采用液压控制，左右出钢机可以独立升降，也可以同时升降。（描述略）。

6.3.1.2.10 其它控制部分还有：

液压站的自动控制，包括：液压泵的启/停，油箱液位、油温、过滤器的状态检测；其它辅助项目的检测、控制；设备故障检测及报警；炉区与轧线的联锁。

6.3.2 电气控制系统的相关设计

6.3.2.1 电气控制系统的设计

用于电气的I/O模块均采用24VDC供电，通过中间继电器同相应的控制设备耦合。

6.3.2.2 电气控制系统的操作

工艺设备通过电气操作台及电气PLC的操作站实现系统的自动、手动操作及显示；为了方便现场调试及应急处理，设置一定数量的就地操作箱；

无论是自动或手动操作，各种动作之间均保持必要的安全联锁。

6.3.2.3 电气控制系统的配线

考虑到施工,调试和维护的方便,对于响应速度要求高的控制信号，以及分散的I/O信号，系统的接线以PLC为中心, 采用放射式联接方式,将位置感器、光电开关,极限开关等相关信号连接到PLC。

为了减少故障、提高信号传输效率、方便施工及现场维护，对于I/O信号较集中的地方，采用现场总线（Field Bus）结构，将主操作台、机旁操作(箱)、

就地I/O设备的检测控制信号送给PLC，详见PLC系统配置图。

6.3.3 炉区设备的电气传动系统

6.3.3.1 助燃风机电机的传动

助燃风机电机传动：采用中压10KV(6KV)直接启动的恒速传动系统。控制程序由仪表PLC完成。

6.3.3.2 普通低压传动

液压站泵组、掺冷风机、地坑水泵等电机的传动为普通低压传动。控制程序由电气PLC完成。

6.3.3.3交流变频（VVVF）传动

根据工艺要求，装钢机/出钢机平移电机需要可逆、调速、定位功能，采用矢量控制的交流变频传动；

炉区辊道电机，需要可逆、调速、定位功能，采用矢量控制的交流变频传动装置。

控制及定位功能由电气PLC完成。