CN104178622A - 蓄热式步进加热炉的步进梁控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热式步进加热炉的步进梁控制方法，本发明涉及蓄热式步进加热炉步进梁控制领域，本方法在步距控制上采用正误差补偿，使步距基本恒定，炉内钢坯布料、受热均匀，钢坯能够准确走上出炉辊道。

Description

蓄热式步进加热炉的步进梁控制方法

技术领域

本发明涉及蓄热式步进加热炉步进梁控制领域，特别涉及一种蓄热式步进加热炉的步进梁控制方法。

背景技术

在轧钢厂中用到蓄热式步进加热炉，蓄热式步进加热炉的主要设备是步进机构，所述步进机构主要由固定梁、步进梁、升降缸、平移缸及驱动液压系统组成。其中步进梁的上升和下降由升降油缸沿升降导板斜面驱动，前进和后退由平移油缸驱动。步进式加热炉通过步进梁的上升（从固定梁托起钢坯）、前进（钢坯前移）、下降（钢坯落在固定梁上）和后退（空载返回）的循环动作完成钢坯的加热和输送。步进梁承载的总重量通常有几百吨重。一根钢坯从进入炉开始到加热完毕出炉通常要经过60到80步的运动过程。钢坯在炉内的定位控制，主要是步进梁的步距控制。

传统步距控制采用步距误差补偿法来消除钢坯从入炉到出炉过程中步进梁运行的累积误差。误差补偿法是将步进梁每步实际位移值与工艺值相减，将得到的误差值加在步进梁下一步运行的步距中，使上一部的步距误差由下一步补偿，来减小钢坯出炉时的累积误差。

假设传统步距控制方法中标准步距D即工艺值为250mm即初始平移步距设定值D₀，步进梁按照初始平移步距设定值D₀平移后，得到实际平移距离d₀；步进梁第二个周期的平移步距设定值为D₁，通过以下方法求得：将平移传感器检测到的第一个周期钢坯的平移实际距离d₀减去设定的标准步距D，得到误差值△D₀，则步进梁第二个周期的平移步距设定值D₁为标准步距D -误差值△D₀，步进梁运行第二个周期后得到实际平移距离d₁；步进梁第三个周期的平移步距设定值为D₂，通过以下方法求得：将平移传感器检测到的第二个周期钢坯的平移实际距离d₁减去设定的标准步距D，得到误差值△D₁，则步进梁第三个周期的平移步距设定值D₂为标准步距D -误差值△D₁，步进梁运行第三个周期后得到实际平移距离d₂；依此类推，步进梁第n+1个周期的平移步距设定值D _n为标准步距D -误差值△D _n-1 。公式表示为：D_n=D –△D _n-1，其中n为1、2、3、4...... ，D_n为步进梁第n+1个周期的平移步距设定值, △D_n-1为第n个周期的误差值。由以上描述看出，当△D _n-1<0时，D_n>250mm；当△D _n-1>0时，D_n<250mm；当|△D _n-1|越大，步进梁的设定值D_n偏离标准步距D(250mm)就越多，下一个周期运行后误差值会更大，步距设定值偏离标准步距D( 250mm)会更多。

由上述分析可以看出，该补偿方法只在实际位移值与工艺值误差量小的时候能很好的消除累积误差，而随着步距的增加，下步距设定值与工艺值的误差量就会逐渐累积到很大，又由于步进梁是大惯量控制（大惯量是指步进梁托钢时负荷大，由于负荷大，步进梁停止时的惯量就大），一旦实际位移值与工艺值误差量过大，将造成步距混乱，炉内钢坯布料不均匀，影响钢坯准确上出炉辊道及出炉温度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种蓄热式步进加热炉的步进梁控制方法，采用本方法进行步距控制使步距基本恒定，炉内钢坯布料、受热均匀，钢坯能够准确走上出炉辊道。

本发明的技术方案是：一种蓄热式步进加热炉的步进梁控制方法，包括步骤如下：

1）在加热炉步进梁控制系统中设置步进梁的标准步距D和允许最大误差值△Dmax，将标准步距D减去允许最大误差值△Dmax得到步进梁的初始平移步距设定值为D₀； 

2）将钢坯放在固定梁上，启动步进梁，同时通过平移传感器检测步进梁的平移距离，步进梁从原点上升，托起钢坯，带动钢坯上升到上后位置后，步进梁再按照初始平移步距设定值D₀平移，带动钢坯前移到上前位置后，步进梁再带动钢坯下降，将钢坯放在固定梁上，步进梁继续下降到下前位置后再后退到原点，完成步进梁的第一个周期动作，步进梁将钢坯从入炉侧向出炉侧平移一段距离，平移传感器检测到第一个周期钢坯的平移实际距离为d₀；

3）令步进梁第二个周期的平移步距设定值为D₁，通过以下方法求得：将平移传感器检测到的第一个周期钢坯的平移实际距离d₀减去步骤1）中设定的标准步距D，得到第一个周期的误差值△D₀，当第一个周期的误差值△D₀大于零时，则步进梁第二个周期的平移步距设定值D₁为标准步距D减去第一个周期的误差值△D₀；当第一个周期的误差值△D₀小于或等于零时，则步进梁第二个周期的平移步距设定值D₁为标准步距D减去允许最大误差值△Dmax；

4）按照步进梁第二个周期的平移步距设定值D₁重复步骤2），继续将钢坯从入炉侧向出炉侧平移一段距离，平移传感器检测到第二个周期钢坯的平移实际距离为d₁，根据步骤3）求得步进梁第三个周期的平移步距设定值为D₂，重复步骤2），又继续将钢坯从入炉侧向出炉侧平移一段距离，平移传感器检测到第三个周期钢坯的平移实际距离为d₂，至第n个周期钢坯的平移实际距离为d_n-1，如此循环，将钢坯从入炉侧不断地平移到出炉侧。

步骤1）中所述步进梁的标准步距D为250mm，允许最大误差值△Dmax为8mm。

步骤2）中所述步进梁的升降距离为200mm。

本发明的有益效果是：相较于现有技术，假设本方法应用中的步进梁的标准步距D为250mm，允许最大误差值△Dmax为8mm，由以上描述可以算出，步进梁每次的平移步距设定值在242mm~250mm之间，实际步进梁每步最大误差不超过8mm，因此采用本方法后的步进梁控制步距较恒定，布料准确，炉内钢坯布料均匀（即钢坯与钢坯之间的距离恒定），钢坯能够准确走出炉辊道，钢坯在炉内受热均匀，出炉温度基本恒定。本蓄热式步进加热炉的步进梁控制方法有效解决了误差累积量大时，步距混乱的状况。

下面结合附图和具体实施方式作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的炉内钢坯分布图；

图2为本发明的步进梁运行流程图；

图3为本发明的步进梁运行周期图；

图4为本发明的驱动液压系统电路框图。

具体实施方式

参见图1至图4，一种蓄热式步进加热炉的步进梁控制方法，包括步骤如下：

1）在加热炉步进梁控制系统中设置步进梁的标准步距D和允许最大误差值△Dmax，将标准步距D减去允许最大误差值△Dmax得到步进梁的初始平移步距设定值为D₀。本发明在实际应用中的加热炉装出料中心线距离为16500mm。所述步进梁的标准步距D为250mm，允许最大误差值△Dmax为8mm。

2）将钢坯放在固定梁上，启动步进梁，同时通过平移传感器检测步进梁的平移距离，步进梁从原点上升，托起钢坯，带动钢坯上升到上后位置后，步进梁再按照初始平移步距设定值D₀平移，带动钢坯前移到上前位置后，步进梁再带动钢坯下降，将钢坯放在固定梁上，步进梁继续下降到下前位置后再后退到原点，完成步进梁的第一个周期动作，步进梁将钢坯从入炉侧向出炉侧平移一段距离，平移传感器检测到第一个周期钢坯的平移实际距离为d₀。

参见图3，以步进梁升降距离200mm，平移距离250mm为例对步进梁的周期动作进行详细描述。固定梁的位置是100。图中，矩形框里面的数字为步进梁运行时速度变化的位置，矩形框外面的数字为步进梁运行位置区间速度值。A为步进梁原点，B为步进梁上后位置，C为步进梁上前位置，D为步进梁下前位置。步进梁正循环顺序为ABCDA，逆循环顺序为ADCBA。步进式加热炉步进梁正循环为正常生产状态，逆循环主要用于退钢。正循环分为上升、前进、下降、后退四步，每个时段都是先加速、后匀速、最后减速的过程。步进梁控制要求接钢时轻托轻放，当运行时，步进梁从A位置上升时速度16 mm/s，到达90mm位置时速度降为7 mm/s，到达110mm位置时速度升为16 mm/s，直到192mm位置时减速至B位置停止；然后从B位置以9.95 mm/s的速度运行到235mm位置减速至C位置停止；再从C位置以12 mm/s的速度下降，到达115mm位置时速度降为6 mm/s，到达90mm位置时速度升为14 mm/s，直到15mm位置时减速至D位置停止；继续从D位置以15.6 mm/s的速度运行到14mm位置减速至A位置停止。

3）令步进梁第二个周期的平移步距设定值为D₁，通过以下方法求得：将平移传感器检测到的第一个周期钢坯的平移实际距离d₀减去步骤1）中设定的标准步距D，得到第一个周期的误差值△D₀，当第一个周期的误差值△D₀大于零时，则步进梁第二个周期的平移步距设定值D₁为标准步距D 减去第一个周期的误差值△D₀；当误差值△D₀小于或等于零时，则步进梁第二个周期的平移步距设定值D₁为标准步距D减去允许最大误差值△Dmax，用公式表示如下：

D_n-1=D –D′，其中n为1、2、3、4...... 

D′=△Dmax（初始或者△D_n-1<0，其中n为1、2、3、4......) 

D′= △D_n-1 (△D_n-1 >0，其中n为1、2、3、4......)

△D_n-1 = d_n-1– D，其中n为1、2、3、4...... 

其中，D为标准步距, D_n-1为步进梁第n个周期的平移步距设定值, d_n-1为第n个周期钢坯的平移实际距离实际值, △D_n-1为第n个周期的误差值, △Dmax为允许最大误差值, D′为补偿值。

4）按照步进梁第二个周期的平移步距设定值D₁重复步骤2），继续将钢坯从入炉侧向出炉侧平移一段距离，平移传感器检测到第二个周期钢坯的平移实际距离为d₁，根据步骤3）求得步进梁第三个周期的平移步距设定值为D₂，重复步骤2），又继续将钢坯从入炉侧向出炉侧平移一段距离，平移传感器检测到第三个周期钢坯的平移实际距离为d₂，至第n个周期钢坯的平移实际距离为d_n-1，……如此循环，将钢坯从入炉侧不断地平移到出炉侧。

本方法应用中的步进梁的标准步距D为250mm，允许最大误差值△Dmax为8mm，由以上描述可以算出，步进梁每次的平移步距设定值在242mm~250mm之间，实际步进梁每步最大误差不超过8mm，因此采用本方法后的步进梁控制步距较恒定，布料准确，炉内钢坯布料均匀（即钢坯与钢坯之间的距离恒定）。

参见图4，所述驱动液压系统包括PLC、位移传感器、继电器、电磁阀、液压装置，所述PLC通过继电器控制电磁阀的开或关，从而控制液压装置驱动步进梁运行，所述位移传感器用于检测步进梁的运动距离信号，并将步进梁的运动距离信号传递给PLC。本方法中使用西门子PLC，采用1个主站+5个从站的形式。主站包含电源模块（6ES7 407-0KA02-0AA0）、CPU（6ES7 414-2XK05-0AB0）以及通讯模块（6GK7 443-1EX20-0XE0），用于通讯及信号的处理；从站包含远程模块（6ES7 153-1AA03-0XB0），DI模块（6ES7 321-1BL00-0AA0）、DO模块（6ES7 322-1BL00-0AA0）、AI模块（6ES7 331-7KF02-0AB0）以及AO模块（6ES7 332-5HD01-0AB0），用于信号的采集并通过通讯传至主站。主站包含2条通讯网络，一条挂从站，一条挂传动装置（变频器）。传动装置（变频器）下面连接需要控制的电机，电机上装有编码器，将速度值反馈给传动装置（变频器）便于控制。步进梁控制中，当PLC的CPU发出步进梁运行命令后，通过通讯至从站的DO模块发出信号至继电器，继电器控制电磁阀使液压装置驱动步进梁运动，步进梁的位置由从站的AI模块通过安装在液压缸旁边的位移传感器采集，将采集到位移信号通讯到主站，CPU通过位移信号控制步进梁运行。

Claims (3)

1.一种蓄热式步进加热炉的步进梁控制方法，其特征在于，包括步骤如下：

1）在加热炉步进梁控制系统中设置步进梁的标准步距D和允许最大误差值△Dmax，将标准步距D减去允许最大误差值△Dmax得到步进梁的初始平移步距设定值为D₀； 

2）将钢坯放在固定梁上，启动步进梁，同时通过平移传感器检测步进梁的平移距离，步进梁从原点上升，托起钢坯，带动钢坯上升到上后位置后，步进梁再按照初始平移步距设定值D₀平移，带动钢坯前移到上前位置后，步进梁再带动钢坯下降，将钢坯放在固定梁上，步进梁继续下降到下前位置后再后退到原点，完成步进梁的第一个周期动作，步进梁将钢坯从入炉侧向出炉侧平移一段距离，平移传感器检测到第一个周期钢坯的平移实际距离为d₀；

3）令步进梁第二个周期的平移步距设定值为D₁，通过以下方法求得：将平移传感器检测到的第一个周期钢坯的平移实际距离d₀减去步骤1）中设定的标准步距D，得到第一个周期的误差值△D₀，当第一个周期的误差值△D₀大于零时，则步进梁第二个周期的平移步距设定值D₁为标准步距D减去第一个周期的误差值△D₀；当第一个周期的误差值△D₀小于或等于零时，则步进梁第二个周期的平移步距设定值D₁为标准步距D减去允许最大误差值△Dmax；

4）按照步进梁第二个周期的平移步距设定值D₁重复步骤2），继续将钢坯从入炉侧向出炉侧平移一段距离，平移传感器检测到第二个周期钢坯的平移实际距离为d₁，根据步骤3）求得步进梁第三个周期的平移步距设定值为D₂，重复步骤2），又继续将钢坯从入炉侧向出炉侧平移一段距离，平移传感器检测到第三个周期钢坯的平移实际距离为d₂，至第n个周期钢坯的平移实际距离为d_n-1，如此循环，将钢坯从入炉侧不断地平移到出炉侧。

2.根据权利要求1所述的蓄热式步进加热炉的步进梁控制方法，其特征在于：步骤1）中所述步进梁的标准步距D为250mm，允许最大误差值△Dmax为8mm。

3.根据权利要求1所述的蓄热式步进加热炉的步进梁控制方法，其特征在于：步骤2）中所述步进梁的升降距离为200mm。