师建刚 栗保岭 杨阳
摘要：本文对加热炉步进梁的工艺部分和控制原理作了说明，并对该工段的电气系统构成、电气设备的使用及工艺控制模式等方面作了简要阐述。
关键词：电气系统；步进梁工段；控制；功能
1概述
加热炉步进梁区域位于高温生产环境，步进梁机构由一套支撑步进梁的上面部分的主体框架和一套在斜台轨上运动用于支持上半部框架的下半部框架组成。步进梁的提升主框架通过4个液压缸协同动作，步进梁的平移主框架通过1个液压缸动作，这些缸的供油由主泵通过方向阀，比例控制阀和压力开关供给。步进梁的动作由现场的电机、液压缸、检测传感器、PLC系统、液压电磁阀等联合控制。电气技术在加热炉步进梁工段的使用可以及时有效的预防和排除企业在生产过程中即将出现的安全问题，避免安全风险的发生，确保企业安全生产。
2 工艺概述和控制原理
2.1工艺概述
坯料将被由一连串由立柱支持的水梁结构来支撑，这个水梁结构由一连串沿炉宽方向穿插布置的固定式梁和活动式梁构成，并且利用先进的汽化冷却工艺来维持机械强度。
坯料放置在固定梁上，并且将被活动梁在执行矩形轨迹循环中提升和前移。这样，坯料被运送穿过这个由耐材和钢结构组成，并分成许多加热区的加热炉。因此，同坯料从装钢侧经过每一个区域传送到出钢侧一样，它们逐渐加热到预期的温度。顺控设备和与之相关联的电气设备主要包括如下几个部分：装钢辊道、装钢炉门设备、装钢机设备、对中设备、步进梁设备、出钢炉门设备、出钢机设备、出钢辊道设备、液压设备、干油设备等。
2.2控制原理
当坯料装钢完毕，并且出钢的连锁装置允许的情况下，由加热炉步进梁PLC发送一个循环（一步）的命令并驱动步进梁执行相关动作。所有加热炉步进梁的上升动作和下降动作、前进动作和后退动作等都由PLC控制相应的液压系统的液压电磁阀完成，电磁阀控制液压油路的通与断，最终控制液压缸的动作。所有平移动作的检测均由传感器实时检测并反馈到加热炉步进梁的PLC相关模块的点位上。每一块将要出炉的坯料的宽度、长度和位置从这些值被检测时就被存入PLC的程序块中，每块坯料穿过加热炉时都会被跟踪，并生成相关原初数据。
在所有模式下，步进梁动作后，步进梁的一次动作行程发送到L2级计算机（过程计算机控制系统并且由PLC系统跟踪校正。
3电气系统构成
加热炉步进梁的统的一级现场控制系统由步进梁机构电气传动部分及装钢、出钢电气传动部分等控制站组成。
加热炉步进梁机构的电气室内有1个西门子S7-400_PLC主控柜和装钢、出钢远程I/O柜。靠近出钢机机有液压机室，现场布置有LCP柜（就地控制柜）和控制盘。
步进梁机构电气控制部分PLC为S7_414带5个IM153-2从站，实现辊道的顺控，坯料在入炉辊道上的定位控制，步进梁动作控制的功能。
步进梁的平移运动由现场液压缸和液压比例方向控制阀控制，液压比例方向控制阀的信号线接入到信息放大器，由信息放大器接收PLC模拟量输出模块发出的前进、后退的高、低速度信号，平移的高、低速度能分别达到100mm/s、13mm/s。
步进梁的垂直运动（提升和下降）由一套现场的液压缸、一套液压方向电磁阀和液压比例方向控制阀来综合控制。液压方向电磁阀接收PLC下面连接的开关量输出卡件发出提升、下降信号，配合比例方向控制阀的信号共同控制液压缸的运行方向和速度。垂直运动的高、中、低速能分别达到13mm/s、10mm/s、4mm/s。
在主控室内设HMI交互系统，监控人员通过视频监控屏，就可以对现场的执行器、电动阀、电机等设备进行状态监视和远程设备动作的控制。
4电气设备的使用
步进梁的控制是靠现场线性位移传感器来检测的，数量一共两个，上升、下降动作行程的检测需要一个，平移（前进、后退）动作行程检测需要一个，当液压系统驱动液压缸执行伸出、缩回动作时，其位置主要由线性位移传感器检测。除此之外，还可以靠现场的限位开关限定液压缸的极限位置，这两种检测电气元件在程序逻辑控制上属于“或”的关系，一般情况下程序控制优先选择采用线性位移传感器检测液压缸位置信号，因为采用线性位移传感器采集的数值精确，一旦传感器出现问题，程序逻辑才启用限位开关作为控制的位置检测信号。由于加热炉步进梁现场属于高温环境，这就要求现场安装的限位开关和线性位移传感器不但要动作准确、灵敏可靠，更要能适应现场高温的作业环境。
现场的压力、温度变送器都是重要的检测元件，目前一些高端的电气元件具有状态自检报警功能，现场部分电气元件具有人机交互界面，技术人员可以通过操作界面对电气元件的参数进行手动设置，并可以读取历史数据、查看当前工作状态等。
激光探测仪位于加热炉出口检测坯料前沿并且启动超出计算。板坯前沿的精确位置在步进梁完成循环后马上得知（预测值，坯料前部被激光检测到的部分的横坐标）。
电气检测元件如变频器、电机保护器一般都具有通讯接口，支持标准的电气通讯协议，能将检测的电压或电流信号传递到上一级控制系统或是显示仪表。
步进梁的控制控制系统采用的编程软件、监控软件、PLC硬件、网络交换机硬件都有内部诊断功能，当现场的设备仪表或是硬件在运行过程中发生故障或运行参数异常时，控制中心监控屏幕的监控画面会立即闪烁并提示故障点的故障原因。
5控制模式
在手动模式下，操作员直接通过炉下的控制盘或者HMI交互界面上的按钮控制步进梁的动作。在手动模式下，设备的动作只能在低速下运行，而在自动模式下，步进梁在没有任何手动操作需求的情况下执行连续可靠的动作。
在半自动模式下，操作员通过自动时序命令执行步进梁动作。在自动模式下，操作员可以通过HMI交互界面上专门的按钮开关切换到L2级计算机，由L2级计算机下达生产指令参数。
现场操作人员触动任何事故急停按钮，所有设备单元立即停止，步进梁各自系统的当前的信息都发送给PLC，并且所有自动循环中断。消除故障后，步进梁动作必须在手动模式下完成。为了再次操作这些单元进入自动模式，启动条件必须再次得到满足。
6结束语
随着电气技术不断的进步的发展，促使国内的钢铁行业朝着更智能、更环保、更高速的方向发展，而电气技术融入到加热炉步进梁工段的过程中，使该工段的机械动作和设备运行变得更加智能和有序并且安全可控。
参考文献：
[1]岳忠.步进式加热炉电气控制方式的研究与应用[J].机械工程与自动化，2016（01）：181-182+185.
[2]胡云庆.蓄热式步进加热炉电气控制系统设计方式探索[J].科技风，2014（18）：10+12
[3]朱菁.含氧煤层气直接深冷分离甲烷的安全工艺方法[J].天然气化工（C1化学与化工），2014，39（03）：57-62.
[4]苗君淦，苏义军.加热炉步进梁的电气控制系统的设计[J].科技资讯，2010（22）：121.
[5]黄锡铁，蒙建波，康熙乐.步进式加热炉步进装置的电气控制[J].自动化与仪器仪表，2009（05）：44-47.
[6]顾兴海.安徽天大集团步进梁式加热炉监控系统研究与设计[D].重庆大学，2005.
作者简介：师建刚（1980-），男，汉族，籍贯：河北省邯郸市，学历：本科，职务：助理工程师，方向：从事现场电气设备的维检工作。
