步进式加热炉顺控系统设计与应用

顾鹏冲

摘 要：本文根据步进式加热炉自动控制工艺流程，为了将从炼钢的连铸机或板坯库接收的板坯自动送至轧机轧制，将加热炉自动顺控系统划分为上料系统、炉内跟踪系统和出料系统。根据工艺要求设计步进式加热炉全自动控制程序以及物料跟踪控制流程。

关键词：加热炉；自动控制；步进梁；物料跟踪

中图分类号：TG307 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）20-0065-02

板坯进入上料辊道上经过称重、测长、核对、测温后，按布料图在炉前进行自动定位和自动装炉。板坯入炉后开始炉内物料跟踪和步进梁控制，步进梁按照设定的步距周期运行将板坯送至出料区域。并将板坯准确放在出料辊道上，再由出炉辊道输送至粗轧机轧制。

1 物料跟踪系统设计

物料由连铸输送过来的合格板坯进入加热炉入炉侧辊道，物料经过测长、测温、测宽和称重由加热炉二级照核通过后启动辊道送至炉前辊道定位，定位方式采用 “梅花布料”方式，定位完成后，具备装钢条件后自动开启装料炉门，由装钢机将板坯送至炉内放在步进梁的固定梁上并且自动将物料信息送至炉内，开始炉内物料跟踪，物料由炉内步进机械一步步将送至加热炉出料侧，并且物料被加热到工艺要求的温度。当出炉激光光栅检测到该物料并且步进梁完成当前的正循环周期后等待出炉。PLC在接收到出钢命令后同时计算物料位置和出钢机行程，执行出钢动作自动开启出料炉门出钢机将物料从炉内托出放置在出钢侧辊道上，并将物料信息从炉内传送至出炉辊道，有出炉辊道将物料送至轧机进行轧制。加热炉自动化跟踪系统流程图如图1所示。

2 上料系统设计

上料系统分为10组C1-C10，其中C2、C4、C6、C8组辊道为炉前辊道，C10辊道板坯信息核对区域，C1板坯缓存区域，C3、C5、C7、C9组辊道为炉间辊道。辊道间设计激光光栅（CMD），每组辊道有一个位置编码器。顺控系统检测元件布置如图2所示。

2.1 上料辊道板坯信息核对

上料辊道自动请求连铸或者板坯库送料，接料后自动对板坯进行测长、测宽、测温和自动称重定位并进行称重，根据Level 2生产计划核对板坯信息，与计划不符将退回，信息无误，根据装炉计划与板坯长度规格自动分配炉号和列号，自动启动上料辊道开始上料系统跟踪控制。

2.2 板坯自动输送

上料板坯在C10辊道核对完成后，板坯输送控制系统自动按照预入炉炉号和列号将板坯送至相应炉前辊道，并且自动完成炉前定位，板坯在自动向前输送过程中时实判断前方辊道运行状态和将要经过的加热炉装钢机运行状态。通过辊道间CMD跟踪板坯头尾控制输送辊道启停与运行速度，以及板坯信息传递。

2.3 板坯炉前自动定位

板坯尾部经过预装炉炉前辊道和炉间辊道激光光栅时，启动自动定位控制程序，将高速运行的辊道切换为低速运行，根据布料方式以及板坯长度计算板坯定位目标位置，在板坯头部或者尾部距离目标位置1米位置将辊道运行速度改为斜坡控制，以实现板坯精准定位控制。

2.4 装钢机、装料炉门的控制

当板坯自动定位完成后进行装钢行程计算。判断炉内空位位置能否装钢，如能则进行装钢机设定；如不能则等步进梁一个动作周期结束后，再判断可否装钢，直到有空位时，进行装钢机设定。然后对装钢机自动运行和启动进行判别，如满足，炉门打开至全开位置，托杆从原始位置前进，推钢面（托杆上的定位面）碰到钢坯，将辊道上的钢坯向炉子方向推送，直到设在距辊子端面50㎜处的激光检测器检测到钢坯的边缘时，推送动作停止，执行自动装钢控制流程如图3所示。

2.5 上料辊道物料跟踪

上料辊道分为10个跟踪单元分别为C10-C1，每组辊道间装有激光光栅（CMD）用于跟踪板坯头尾位置，每组辊道上有一台电机装有编码器用于板坯精确定位。每一组辊道设计一个独立的存储单元用于存储板坯信息和各存储单元间板坯信息的传递。

3 炉内跟踪系统设计

3.1 步进梁自动控制

步进梁手动控制时可以进行分解动作即：步进梁上升、下降、前进、后退。控制模式分为一周期正循环、装出炉一周期正循环、只出炉一周期正循环、一周期逆循环、踏步、停中位，根据生产需要进行选择。步进梁周期运行图如图4所示。

步进梁自动运行有2种方式，即装钢优先和出钢优先。装钢优先—程序判断“装钢有空位”，则步进梁在走完正在运行的步进周期后停下来，等待装钢。当炉内激光检测器检测到板坯时，完成本次循环，等待下一次循环运行指令。出钢优先—步进梁的运行不受“装钢空位”的影响。当炉内激光检测器检测到板坯时，完成本次循环，等待下一次循环运行指令。

3.2 炉内物料跟踪

装钢完成后开始炉内板坯信息跟踪，根据炉内最大装钢量为每一块板坯设计一个存储单元，存储炉内每一块板坯的信息，步进梁每移动一步各个存储单元信息完成此传递。

4 出料系统设计

出料系统分为9组D1-D9，其中D1、D3、D5、D7组辊道为出炉辊道， D2、D4、D6、D8组辊道为炉间辊道。辊道间设计热金属检测器（HMD），每组辊道有一个位置编码器。

4.1 出钢机、出料炉门的控制

当待出炉板坯走到炉内光栅位置后，将炉内数据缓存区数据送至数据缓冲区，根据待出炉板坯宽度数据，计算出钢行程。等待二级下发出钢指令和出钢机设定，收到二级出钢指令和出钢炉号后，自动启动出钢控制程序，出料炉门升至半开位，出钢机自动前进至计算目标位置，出料炉门升至全开位同时出钢机上升至上位，出钢机自动后退至后位后将板坯放置出料辊道上，出料炉门全关。

4.2 出料辊道的控制

出钢完成后，出料辊道自动启动，根据辊道间热金属检测器信号跟踪板坯位置并自动启动后续辊道将板坯送至粗轧机。通过辊道间热金属检测器信号跟踪板坯头尾控制输送辊道启停与运行速度，以及板坯信息传递。

4.3 出料辊道物料跟踪

出炉辊道分为9组为D1-D9，每组辊道设计一个存储单元，板坯出爐后，板坯信息由炉内存储单元传递到相应的出炉辊道存储单元内，由此开始出炉辊道板坯信息跟踪。每组辊道间装有热金属检测器，用于跟踪板坯位置和信息传递触发信号。出炉存储单元信息与上料辊道存储单元内容相同。

5 结语

检测元件和编码器稳定性是加热炉全自动顺序控制的基础，应用稳定检测元件可以很好地提高加热炉顺序控制稳定性和运行可靠性，提高步进式加热炉自动化信息化控制水平；提高上产效率和劳动效率；操作人员在自动模式下不需要修正或更改板坯信息以及相关数据，降低劳动强度。

参考文献

[1]武文斐，等.冶金加热炉设计与实例[M].化学工业出版社，2008，4.

[2]张艳兵，等.计算机控制技术[M].国防工业出版社，2008，6.

[3]凌志浩.DCS与现场总线控制系统[M].华东理工大学出版社，2008，9.