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【摘 要】对安钢炉卷轧线步进梁式加热炉的自动化控制进行分析。介绍通过使用S7-400PLC硬件以及编程技术，到达在热轧生产线中，对钢坯加热的工艺要求。
【关键词】步进梁式加热炉；西门子S7-400；电气自动化；应用
[Abstract] Anyang to steckel GaXian walking beam type reheating furnace of automation control to carry on the analysis.Is introduced through the use of S7-400 PLC hardware and programming technology， arrived in the hot rolling production line， the billet heating process requirement.
[Key Words] furnace；Siemens S7-400；electrical automation；application
0.前言
加热炉的功能是给钢坯加热，使其到达轧钢工艺所需的温度。是热轧生产线的第一道工序，加热质量直接影响到最后的产品质量。而电气自动化控制在加热炉中的作用就是把钢坯从板坯库送入加热炉，再一步一步使钢坯通过预热段，加热段，均热段实现均匀加热，最后出炉，进入轧机系统。其对加热工艺来说，尤为至关重要。
1.概况
安钢炉卷轧线步进梁式加热炉的控制基本由电气，仪表和汽化冷却三部分组成。电气由S7-400PLC来完成自动化控制。设备包括受控设备和检测器设备。受控设备有：装钢机，装料炉门，步进梁，出钢机，出料炉门，加热炉液压站，加热炉热水循环泵站，其它公辅设施。检测器设备有：激光检测器，脉冲发生器，位移传感器，主令开关，行程开关，接近开关。
下面就开始介绍S4-400在该加热炉中的硬件组态，网络配置以及编程控制来实现工艺要求。
2.S7-400简介
西门子公司的PLC以极高的性能价格比，在国际，国内市场占有很大的份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。S7-400时具有中高档性能的PLC，采用模块化无风扇设计，适用于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统，可扩展300多个模块。是由机架，电源模块，中央处理单元，数字量输入/输出模块，模拟量输入/输出模块，通信处理器，功能模块和接口模块组成。其特点有：1）运行速度高；2）存储器容量大；3）I/O扩展功能强；4）有极强的通信能力；5）诊断功能强；6）集成有HMI（人机接口）服务等。
3.PLC硬件组态及网络配置
安钢炉卷轧线步进梁式加热炉的PLC控制系统的CPU采用了S7-400中的416-2DP，其硬件组态为：1#槽为电源模块PS407 10A，占两个槽位，3#槽为CPU416-2DP，占3个槽位，6#槽为通信模块CP443-1。CUP模块上集成的DP接口通过PROFIBUS连接了9个分站。（PROFIBUS是为全集成自动化定置的开放的现场总线系统，它将现场设备连接到控制器装置，并保证各个部件之间的高速通信，从分布式I/O传送信号到CPU模块是需要毫秒级的时间。）9个分站中，包括5个ET200站和4个变频器。ET200站连接了现场的各种硬件信号，用到的模板有CPU接口模块IM 153-1，计数器模块FM350，模拟量输入模块AI331，数字量输入模块DI321，数字量输出模块DO322和模拟量输出模块332。4个变频器则分别控制两个装钢机和两个出钢机电机。其硬件组态和网络配置就可通过step7软件提示进行建立。
4.控制程序
完成PLC硬件及现场设备安装后，就可以开始编写控制程序，此次工程程序采用CFC编写。PLC控制程序的编写要紧紧围绕工艺的要求。下面就来通过工艺来介绍程序。
4.1加热炉装钢、步进粱动作、出钢自动运行流程概述
板坯在炉前辊道定位完毕后，由轧线将允许装钢信号及待入炉板坯的有关数据发送给加热炉PLC。待加热炉内有装钢空位后，装料炉门打开，装钢机根据计算的装钢行程装钢入炉，在板坯到达装钢侧激光检测器时，进行测宽。
板坯进入加热炉后，步进梁作周期性的上升、前进、下降、后退运动，将板坯移至出炉侧。在板坯到达出钢侧激光检测器后，步进梁立即减速，继续向前运行一定距离（50～100mm）后停止运动，板坯停留在固定梁上，等待出钢。
当二级计算机下达“出钢”指令时，出钢机根据计算出的出钢行程，把板坯从炉内送到出炉辊道上。
下面主要介绍装/出钢机和步进梁自动运行中的一些程序功能应用。
4.2装钢机自动运行
启动条件：板坯在装炉辊道上定位完毕；加热炉内有装钢空位；1，2#装料炉门在下位；1，2#装钢机升降、平移在原始位置；步进梁运行到下极限位置。这些位置检测是现场安装的接近开关，行程开关，位移传感器等设备通过远程I/O站传入PLC，在程序中使用AND功能块，实现当所有条件满足时，装钢机才允许自动运行。
程序当中还有一些细节需要注意：
1：高速计数器清零：为了防止累积误差，在装钢机每次返回原始位置时进行清零。
2：炉门超时保护：当炉门升降过程中，如果因主令控制器、极限开关损坏，会导致炉门无法停止运行，发生故障。为避免此种情况，特设置超时保护，即当炉门升降时间超过正常周期时，让炉门停止运行。
3：板坯入炉确认：对于板坯是否入炉的判定，须结合测宽的结果来进行。当测得板坯宽度w > w0 时，认为板坯已进入加热炉。W0可根据工艺所提入炉板坯的最小宽度确定。
4：板坯“定位完毕”信号的保持。当轧线PLC发来“定位完毕”信号，提示装钢入炉，然而装钢机往往因为炉内空位不足，而不能启动，故须在接到“定位完毕”信号后，进行保持，直到装钢机返回途中，才予以复位。
4.3步进梁运行
步进梁自动运行分为正循环和逆循环正循环如右图所示。步进梁依次作上升、前进、下降、后退，从4位，经1、2、3位后，又回到4位，完成一个步进周期。当步进梁运行到0、0ˊ位置时，表明板坯从固定梁上抬起或落到固定梁上。PLC输出一个信号，供操作台指示灯显示。逆循环与正循环步骤相反。下面着重介绍正循环。
一周期正循环程序说明：
上升，起动条件：步进梁在4位。运行条件：步进梁半自动或自动正循环条件满足；步进梁上位未到；无急停、步进梁不同步信号；当步进梁工作方式为自动时。还须：装钢机在后下位；出钢机无前进信号；无返钢运行信号。
前进，起动信号：步进梁在1位；步进梁半自动或自动正循环运行条件满足；无急停、不同步信号；前位信号未到。
下降，起动条件：步进梁到达2位，若步进梁联动。运行条件：下位信号未到；步进梁自动、半自动运行条件满足；无急停、不同步信号。
后退，起动条件：步进梁到达4位。运行条件：后位信号未到；步进梁自动、半自动运行条件满足；无急停、不同步信号；无踏步、停中位运行信号。
4.4出钢机自动运行
运行启动条件：出钢信号下达（来自二级机）；1，2#出料炉门在下位；升降、平移出钢机在原始位置；步进梁在4位；出钢侧激光检测器信号为ON；轧线给出“允许出钢”。程序如装钢机控制程序基本相同，出钢要分出长坯和短坯的情况。当待出板坯为长坯时，2个出料炉门、2个升降、平移出钢机都要工作。当待出板坯为短坯时，先将连铸侧的板坯托出到辊道上；待下次出钢时，再将轧线侧的板坯运出。出料炉门、出钢机采用联动方式工作。此时只有对应的炉门和出钢机工作。
5.结语
安钢炉卷轧线步进梁式加热炉项目完成后，满足了炉卷轧线的生产需求，系统运行稳定，各项指标的连续合格，对各种型号钢坯加热，取得了良好的效果，符合轧钢的工艺要求。为安阳钢铁跨入千万吨级大型钢厂的步伐保驾护航。
参考文献：
[1] 廖常初编.S7-300/400 PLC应用技术 第二版.机械工业出版社，2011：16-39.
[2] 陈伯时.自动控制系统.中央广播电视大学出版社，2004：30-45.
【关键词】步进梁式加热炉；西门子S7-400；电气自动化；应用
[Abstract] Anyang to steckel GaXian walking beam type reheating furnace of automation control to carry on the analysis.Is introduced through the use of S7-400 PLC hardware and programming technology， arrived in the hot rolling production line， the billet heating process requirement.
[Key Words] furnace；Siemens S7-400；electrical automation；application
0.前言
加热炉的功能是给钢坯加热，使其到达轧钢工艺所需的温度。是热轧生产线的第一道工序，加热质量直接影响到最后的产品质量。而电气自动化控制在加热炉中的作用就是把钢坯从板坯库送入加热炉，再一步一步使钢坯通过预热段，加热段，均热段实现均匀加热，最后出炉，进入轧机系统。其对加热工艺来说，尤为至关重要。
1.概况
安钢炉卷轧线步进梁式加热炉的控制基本由电气，仪表和汽化冷却三部分组成。电气由S7-400PLC来完成自动化控制。设备包括受控设备和检测器设备。受控设备有：装钢机，装料炉门，步进梁，出钢机，出料炉门，加热炉液压站，加热炉热水循环泵站，其它公辅设施。检测器设备有：激光检测器，脉冲发生器，位移传感器，主令开关，行程开关，接近开关。
下面就开始介绍S4-400在该加热炉中的硬件组态，网络配置以及编程控制来实现工艺要求。
2.S7-400简介
西门子公司的PLC以极高的性能价格比，在国际，国内市场占有很大的份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。S7-400时具有中高档性能的PLC，采用模块化无风扇设计，适用于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统，可扩展300多个模块。是由机架，电源模块，中央处理单元，数字量输入/输出模块，模拟量输入/输出模块，通信处理器，功能模块和接口模块组成。其特点有：1）运行速度高；2）存储器容量大；3）I/O扩展功能强；4）有极强的通信能力；5）诊断功能强；6）集成有HMI（人机接口）服务等。
3.PLC硬件组态及网络配置
安钢炉卷轧线步进梁式加热炉的PLC控制系统的CPU采用了S7-400中的416-2DP，其硬件组态为：1#槽为电源模块PS407 10A，占两个槽位，3#槽为CPU416-2DP，占3个槽位，6#槽为通信模块CP443-1。CUP模块上集成的DP接口通过PROFIBUS连接了9个分站。（PROFIBUS是为全集成自动化定置的开放的现场总线系统，它将现场设备连接到控制器装置，并保证各个部件之间的高速通信，从分布式I/O传送信号到CPU模块是需要毫秒级的时间。）9个分站中，包括5个ET200站和4个变频器。ET200站连接了现场的各种硬件信号，用到的模板有CPU接口模块IM 153-1，计数器模块FM350，模拟量输入模块AI331，数字量输入模块DI321，数字量输出模块DO322和模拟量输出模块332。4个变频器则分别控制两个装钢机和两个出钢机电机。其硬件组态和网络配置就可通过step7软件提示进行建立。
4.控制程序
完成PLC硬件及现场设备安装后，就可以开始编写控制程序，此次工程程序采用CFC编写。PLC控制程序的编写要紧紧围绕工艺的要求。下面就来通过工艺来介绍程序。
4.1加热炉装钢、步进粱动作、出钢自动运行流程概述
板坯在炉前辊道定位完毕后，由轧线将允许装钢信号及待入炉板坯的有关数据发送给加热炉PLC。待加热炉内有装钢空位后，装料炉门打开，装钢机根据计算的装钢行程装钢入炉，在板坯到达装钢侧激光检测器时，进行测宽。
板坯进入加热炉后，步进梁作周期性的上升、前进、下降、后退运动，将板坯移至出炉侧。在板坯到达出钢侧激光检测器后，步进梁立即减速，继续向前运行一定距离（50～100mm）后停止运动，板坯停留在固定梁上，等待出钢。
当二级计算机下达“出钢”指令时，出钢机根据计算出的出钢行程，把板坯从炉内送到出炉辊道上。
下面主要介绍装/出钢机和步进梁自动运行中的一些程序功能应用。
4.2装钢机自动运行
启动条件：板坯在装炉辊道上定位完毕；加热炉内有装钢空位；1，2#装料炉门在下位；1，2#装钢机升降、平移在原始位置；步进梁运行到下极限位置。这些位置检测是现场安装的接近开关，行程开关，位移传感器等设备通过远程I/O站传入PLC，在程序中使用AND功能块，实现当所有条件满足时，装钢机才允许自动运行。
程序当中还有一些细节需要注意：
1：高速计数器清零：为了防止累积误差，在装钢机每次返回原始位置时进行清零。
2：炉门超时保护：当炉门升降过程中，如果因主令控制器、极限开关损坏，会导致炉门无法停止运行，发生故障。为避免此种情况，特设置超时保护，即当炉门升降时间超过正常周期时，让炉门停止运行。
3：板坯入炉确认：对于板坯是否入炉的判定，须结合测宽的结果来进行。当测得板坯宽度w > w0 时，认为板坯已进入加热炉。W0可根据工艺所提入炉板坯的最小宽度确定。
4：板坯“定位完毕”信号的保持。当轧线PLC发来“定位完毕”信号，提示装钢入炉，然而装钢机往往因为炉内空位不足，而不能启动，故须在接到“定位完毕”信号后，进行保持，直到装钢机返回途中，才予以复位。
4.3步进梁运行
步进梁自动运行分为正循环和逆循环正循环如右图所示。步进梁依次作上升、前进、下降、后退，从4位，经1、2、3位后，又回到4位，完成一个步进周期。当步进梁运行到0、0ˊ位置时，表明板坯从固定梁上抬起或落到固定梁上。PLC输出一个信号，供操作台指示灯显示。逆循环与正循环步骤相反。下面着重介绍正循环。
一周期正循环程序说明：
上升，起动条件：步进梁在4位。运行条件：步进梁半自动或自动正循环条件满足；步进梁上位未到；无急停、步进梁不同步信号；当步进梁工作方式为自动时。还须：装钢机在后下位；出钢机无前进信号；无返钢运行信号。
前进，起动信号：步进梁在1位；步进梁半自动或自动正循环运行条件满足；无急停、不同步信号；前位信号未到。
下降，起动条件：步进梁到达2位，若步进梁联动。运行条件：下位信号未到；步进梁自动、半自动运行条件满足；无急停、不同步信号。
后退，起动条件：步进梁到达4位。运行条件：后位信号未到；步进梁自动、半自动运行条件满足；无急停、不同步信号；无踏步、停中位运行信号。
4.4出钢机自动运行
运行启动条件：出钢信号下达（来自二级机）；1，2#出料炉门在下位；升降、平移出钢机在原始位置；步进梁在4位；出钢侧激光检测器信号为ON；轧线给出“允许出钢”。程序如装钢机控制程序基本相同，出钢要分出长坯和短坯的情况。当待出板坯为长坯时，2个出料炉门、2个升降、平移出钢机都要工作。当待出板坯为短坯时，先将连铸侧的板坯托出到辊道上；待下次出钢时，再将轧线侧的板坯运出。出料炉门、出钢机采用联动方式工作。此时只有对应的炉门和出钢机工作。
5.结语
安钢炉卷轧线步进梁式加热炉项目完成后，满足了炉卷轧线的生产需求，系统运行稳定，各项指标的连续合格，对各种型号钢坯加热，取得了良好的效果，符合轧钢的工艺要求。为安阳钢铁跨入千万吨级大型钢厂的步伐保驾护航。
参考文献：
[1] 廖常初编.S7-300/400 PLC应用技术 第二版.机械工业出版社，2011：16-39.
[2] 陈伯时.自动控制系统.中央广播电视大学出版社，2004：30-45.