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太钢热连轧生产线加热炉自动控制系统
jiang_0514 发表于 2009/6/15 23:12:08 1562 查看 1 回复 [上一主题] [下一主题]
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摘要】本文主要介绍了S7-400系列PLC系统在太原钢铁有限公司热连轧厂步进式加热炉中的应用。重点突出了该系统在实际应用中的优点和该操作系统的方便性。对系统的网络结构也作了简要说明。
【关键词】步进式加热炉、PROFIBUS、ET200、MIP网络
Abstract ：This paper introduces that s7-400 PLC of application is in walking-beam furnace of hot strip in Tisco. This paper refcous PLC system’s virtue and the convenience in use .This paper also breif describes network of system.
Key Words:walking-beam furnace 、RPOFIBUS、ET200、MPI network
一、加热炉工艺简介
步进式加热炉在热连轧厂的主要作用是把冷钢坯送入炉内加热使钢的温度达到轧制所要求的温度。整座加热炉由炉体、上料辊道（A1-A8）（其中A3为板坯称量辊道，A1为板坯测长辊道）、炉内步进梁、出料辊道（C1、C3、C5、D4、D5）、中间辊道（C2、C4、C5、C6、D1、D2）组成，由它们共同负责完成钢坯入炉、步进、出炉的整个过程。加热炉设备的良好运行直接影响到整条轧线的正常运作。
为了与科技接轨，为了最大限度地实现全自动化，在改造中我们采用了西门子S7-400系统来控制加热炉设备。
以下为加热炉的两张照片。其中图A中所示为正在将冷坯装入炉内的情形，图B中所示为正在将加热后的钢坯出炉时情形：
图A
图B
二、生产过程简介
存放在板坯跨的板坯，按生产计划所编排的顺序，用半门吊放在上料辊道上，然后送到称重辊道上进行板坯的重量和标号的核对，核对合格的板坯送往板坯测长辊道进行板坯长度测量，测长后按生产计划安排通过炉前装料辊道分别送到四座加热炉，板坯在炉前装料辊道上按指定的炉前位置完成准确定位，然后由推钢机或装钢机通过滑道或直接抬升前进送往炉内。将其推入加热炉内的固定梁上，再由步进梁托起板坯，使板坯在炉内步进式地进行加热。为使板坯准确停在固定梁上并使板坯间隙正确，在炉子入口处设有激光位置探测器检测板坯的位置。
板坯在炉内运送钢坯在正常情况下步进机械采用“正循环”操作，即板坯向出料端移动。板坯在加热炉的步进梁上步进式通过各段进行加热，当加热至规定温度的板坯在炉子出料端受到激光位置探测器时，步进机械在完成当前的正循环后停止。当接到轧机要钢信号后，此时由板坯托出机将板坯托放到出料辊道中心线上，然后运送到轧机前辊道，进行轧制。
三、控制系统构成
我们采用的是S7400的416型PLC,具备强大的逻辑及浮点计算能力、丰富的寻址方式、完整的与上位机通讯的协议、完善的数学函数功能，能快速响应来自传感器的信号，平稳实现钢坯在炉内的运输，避免了机械机构造成冲击的可能性。并可靠地实现了加热炉设备的手动、半自动、自动操作。
每座加热炉根据控制对象、实现功能的划分、各配置两套PLC分别用于传动控制、燃烧控制。每套PLC均由主机架部分与远程ET200分站组成。主机架均配置以太网卡与二级计算机及HMI服务器进行通讯。各传动PLC与公共PLC间有大量的信号进行交换，为了减少以太网的通讯负担，保证信号的实时性，所以各传动PLC与公共PLC采用MPI网络进行通讯。由于远程设备多、且有些远程设备在地理位置上比较集中，采用CPU通过PROFIBUS与远程ET200通讯的结构既能保证了系统整体快速响应，又能大大降低布线成本，是一个性价比极为合理的方案。
公共PLC硬件配置图如图1
四、PLC与传动之间的连接
在PLC与传动之间采用了MPI网络连接，采用全局变量进行传动与PLC间的通讯，全局变量的通讯方式更多依赖于硬件配置，不需单独编程，对于通讯的变量可直接引用，并且全局变量的硬件配置的下载可以在线进行，PLC不需重启。并且网络连接省去了原来的点对点硬线连接，降低了电缆的使用量同时也降低了故障点。
五、步进式加热炉动作的连锁条件
1、推钢机：推钢机处于原始位置；B辊道停止并板坯定位完毕；步进机械处于下限；装料炉门打开；板坯至少有宽度的3/4推到固定梁上；CMD10、CMD12; CMD14、CMD16; CMD01、CMD02必须检测有钢,才能自动操作推钢机.手动操作的必要条件是步进机械处于原点,此种操作主要用于向空炉
２、装料炉门：装料炉门正常工作时,两个炉门同时开启和关闭；推钢机推钢时,炉门打开到达上极限时推钢机才能推钢；推钢机返回到待机位置后炉门关闭；装料炉门自动开启只有当步进梁返回到下降后极限即原点后方可进行；装料炉门允许解除上述连锁后可进行手动操作。
3、步进梁：步进梁（WB）与激光检测器连锁,板坯前进到遮断LD1、LD2或LD3时, WB在完成当前的正循环后停止等待或做原地踏步或做上升等待；WB与装料炉门连锁,装料炉门关闭时WB才允许动作；WB与推钢机连锁,推钢机不在待机位置WB不能起动,当连续装炉时, WB走一个循环后推钢机的最大行程将入炉的板坯送入后与前一块板坯间距仍大于50mm时,则WB在下一个周期不能起动, WB退回原点或作踏步,若只是出料不装料时需解除连锁,便可动作.
WB与出料炉门连锁, WB处于原点时出料炉门才允许操作；WB与托出机连锁,托出机不在待机位置WB不能起动；炉底升降机构的行程控制: 炉底升降接近上限或下限时利用升降位置检测器发出信号,使传动电机至上限或下限时传动电机断电,制动器制动而停止；
WB炉底水平机构的加减速和行程控制: 炉底水平运动是由水平液压缸来完成, 水平运动的加减速和行程是靠水平位置检测器发出加减速信号,通过液压比例系统来实现的. 加减速的时间可通过计算机输入的数据来实现.步进梁的每步前进行程均由脉冲发生器输给计算机,以实现板坯在炉内的自动跟踪；
4、出料炉门：出料炉门自动开启条件只有当步进梁返回到原点后炉门才允许打开；两扇炉门正常工作时是同步动作的，因此必须两扇炉门位置控制开关都断开（或闭合）才能确认到位。出钢机出钢时只有当炉门处于半开或全开时,出钢机托杆才允许前进,待出钢机完成出钢任务返回到待机位置后炉门关闭.出料炉门允许解除上述连锁后可进行手动操作.
5、出钢机：加热炉内有加热好的板坯,板坯遮断激光检测器;轧机要钢信号。
出钢机与步进梁不能同时动作。出料辊道停止,在该辊道上没有板坯; 出料杆向炉内移动前确定炉门半开或全开并发出信号。WB处于原点,双排料先出轧机侧,再出非轧机侧。托出机由3号操作室操作。
六、结论
S7-400 PLC控制系统在热连轧厂加热炉投入使用以来，最大的优点在于使加热炉设备的自动化程度达到了空前的水平，从板坯的上料、辊道运行、数据跟踪、装钢、出钢全程实现了自动效果，避免了人为操作带来的失误，提高了设备的运行精度，减少了人员的操作强度。在维护方面则大幅度地减少了设备的维护量，提高了设备的工作性能，并且参数的在线修改极度方便，有利于根据现场实际及时调整设备连锁保护以及动作时序。通过实践证明，S7-400 PLC控制系统的使用为步进式加热炉的稳定运行提供了可靠的保证。
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