步进梁式加热炉内板坯跟踪功能的实现

步进梁式加热炉内板坯跟踪功能的实现

摘要本文以某热轧厂步进梁式加热炉为背景，着重介绍了一种炉内板坯跟踪功能的实现方法，该方法逻辑清楚，编程容易，易于实现，在实际使用时未发生板坯数据跟踪错误，保证了生产的顺稳进行。

关键词加热炉；板坯；跟踪；实现方法

引言

炉内板坯跟踪功能是加热炉控制功能中不可缺少的部分，能够提供炉内板坯的真实位置，为板坯出炉温度的准确计算提供前提条件，并确保板坯按计划轧制，对于加热炉的连续性和稳定性生产有十分重要的作用[1]。由于操作工无法看到炉内板坯的运行状况，一旦出现数据混乱，必须停产呼叫维修人员进行维修，造成一定的停产时间。

本文以某热轧厂步进梁式加热炉为背景，先简述了工艺流程和控制系统硬件配置，然后分四个步骤着重介绍了一种炉内板坯跟踪功能的实现方法。

1 工艺简述

某热轧厂加热炉年计划完成400万t板坯的加热任务，拥有三座额定加热能力为300t/h步进梁式加热炉。加热炉有效长度是44870mm，板坯规格为厚度230mm、宽度850-1650mm、长度9000-11000mm，设计标准坯规格为230×1250×10500mm。

待加热板坯按轧制顺序进行校验，校验合格板坯由入炉辊道输送、定位到加热炉炉前；装料炉门开启，装钢机将板坯托起来，放到炉内步进梁上；步进梁执行正循环动作将板坯一步步运往出料端；待出钢条件满足后，出料炉门开启，出钢机将板坯从炉内托出来，放到出炉辊道上，最后由出炉辊道将板坯送往轧机轧制。

2 控制系统硬件配置

每座炉子独自使用一套板坯输送控制系统。每个系统均选用西门子416-3系列CPU作为主控制器，通讯网络采用Profibus-DP，包含3个DP主站系统。

其中，主控制器用来完成设备顺序控制、物料跟踪、与其它PLC通讯等功能；DP主站系统1包括4个ET200M子站和按钮盘，用来采集装出钢机、炉门的位置信号和发出控制命令；DP主站系统2包括2个300系列CPU，分别用来实现对步进梁和液压站的逻辑控制；DP主站系统3用来与变频器通讯，实现对装出钢机电机、炉门电机的控制。

3 跟踪功能的实现方法

实现方法包括数据库的建立、跟踪变化逻辑分析、绘制流程图、上位机画面实现等四个步骤。

3.1跟踪数据库的建立

第一步，定义单块板坯的跟踪信息。考虑到整个加热炉板坯跟踪的需要，我们定义单块板坯跟踪信息的内容包括板坯号、炉内位置，列号、预入炉炉号、长度、宽度、重量和板坯间隙。

第二步，利用step7软件中的Struct数据类型建立单块板坯的跟踪信息。我们把单块板坯的跟踪信息认定为一组数据，内容见表1，可以看出，单块板坯的跟踪信息字节数m=40byte。

第三步，建立每座加热炉炉内所有板坯的跟踪数据库（例如DB60）。为了确数据库中Struct数据的个数N，也就是每座炉子能够容纳的最大板坯数N，采用以下公式进行计算

N=INT[加热炉有效长度÷板坯最小宽度]

因此，本文中。

3.2跟踪变化逻辑分析

首先，我们假定炉内装有块板坯，分别用表示，最靠近出料炉门，与相邻的板坯是，依次类推，离出料炉门最远的板坯是，即最靠近装料炉门的板坯是，每个对应一组Struct数据，存放在数据库中的位置为。

其次，确定引起炉内板坯跟踪信息和数据库发生变化的条件。

在自动模式下，有三个满足条件，分别是：（1）装钢机装钢：装钢机把装料辊道上的板坯装入加热炉；（2）出钢机出钢：出钢机将炉内板坯托出，放在出炉辊道上；（3）步进梁执行正循环动作。

在手动模式下，有五个满足条件，分别是：（1）步进梁执行逆循环动作；（2）强制装炉：当实际板坯已装入炉内，而数据未入炉时；（3）强制装入返回：当实际板坯未入炉，而数据已入炉时；（4）强制出炉：当实际板坯已抽出到炉外，而数据未出炉时；（5）强制返装入炉：当实际板坯由于需要已返装入炉后，跟踪数据也需要重新装入炉内时。

最后，总结各种条件发生时板坯跟踪信息和数据库的变化情况，见表2。

3.4上位机画面实现

上位机软件选用WinCC，在HMI画面实现时我们主要开发了以下几个功能：

（1）板坯位置的实时更新。建立HMI上板坯位置与板坯跟踪信息中炉内位置的线性关系，从而编程实现板坯位置的实时更新。

（2）板坯跟踪信息的查看。点击画面上板坯模型时，立即弹出对话框，并显示板坯的跟踪信息。

（3）手动模式下跟踪修改按钮。设计了四了手动按钮，分别是强制装钢、强制退钢、强制出钢和强制返炉。

4结束语

为了实现炉内板坯跟踪功能，文中详细介绍了一种切实可用的实现方法，该方法逻辑清楚，编程容易，易于实现，在实际使用时未发生板坯数据跟踪错误，保证了生产的顺稳进行。

参考文献：

[1]刘玠，杨卫东，刘文仲.热轧生产自动化技术[M].北京：冶金工业出版社，2008.

[2]王大海，段方民，王峰.步进梁式加热炉钢坯定位控制系统[J].冶金自动化，2002（4）.

[3]和静民.步进式加热炉板坯跟踪系统的开发[J].工业炉，2008（6）.