阅读说明：本技术 加热炉精准出钢自动控制系统及控制方法 (Automatic control system and control method for accurate tapping of heating furnace ) 是由 邹淑峰 赵晓 曹立棋 位震 黄友堂 张长军 王辉 张亮亮 马岩 刘延亮 刘振凯 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种加热炉精准出钢自动控制系统及控制方法,包括速度反馈单元、加热炉PLC控制单元、现场信号反馈单元、出炉辊道控制单元、HMI操作单元,通过控制坯料从加热炉移动至主轧机过程,使加热炉自动控制系统与轧线主轧机速度形成闭环控制,使坯料自动连续、准确无误地送入主轧机,物料供给节奏稳定在4.5秒-5.3秒之间,前后两支坯料间隔时间保持在1秒以内,波动范围由原来的3秒稳定在现在的1秒内,降低了操作工的劳动强度,加热炉出钢区域实现无人操作的稳定出钢节奏,提高了产量。(The invention relates to an automatic control system and a control method for accurate tapping of a heating furnace, which comprises a speed feedback unit, a PLC (programmable logic controller) control unit of the heating furnace, a field signal feedback unit, a tapping roller way control unit and an HMI (human machine interface) operation unit, wherein the speed of the automatic control system of the heating furnace and the speed of a main rolling mill of a rolling line form closed-loop control by controlling the process of moving a blank from the heating furnace to the main rolling mill, so that the blank is automatically, continuously and accurately fed into the main rolling mill, the material supply rhythm is stable within 4.5-5.3 seconds, the interval time between the front blank and the rear blank is kept within 1 second, the fluctuation range is stable within the current 1 second from the original 3 seconds, the labor intensity of an operator is reduced, the stable tapping rhythm of unmanned operation is realized in a tapping area of.)

加热炉精准出钢自动控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，具体涉及一种加热炉精准出钢自动控制系统及控制方法。

背景技术

在冶金领域自动全连轧生产线的高速棒材生产线上，坯料由加热炉进行加热升温，然后经加热炉步进梁及出料炉内悬臂辊道和出炉辊道的运转，坯料送入主轧机开始轧制，根据坯料咬入轧机时产生的信号、经过与出炉辊道速度和轧制速度计算出这一支坯料的轧制时间，然后确定什么时刻下一根坯料从加热炉里面被辊道运送出来，条件一旦满足将控制加热炉步进梁动作将坯料运送至出炉辊道上。由于坯料力学性能、辊道摩擦系数、坯料重量及长度、咬入轧机时的摩擦力变化等因素的影响，均会导致坯料在辊道上的停留时间出现比较大的波动，因此导致出钢节奏的不稳定，出钢间隔时间一直在3.8秒-6.8秒之间波动，严重影响轧制节奏，降低了班产量。

同时，一旦出钢节奏低于4秒，需操作工对坯料进行手动剪切，防止因两支坯料过近导致轧线堆钢。其操作过程不亚于处理一次堆钢事故，增加了操作人员的劳动强度，更增加了不必要的坯料消耗。

发明内容

为解决坯料供给节奏不稳定、人员劳动强度大、产量不能有效发挥的问题，本发明的目的在于提供一种加热炉精准出钢自动控制系统及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：加热炉精准出钢自动控制系统，包括：

速度反馈单元，包括主电机编码器以及西门子FM450高速计数模块，用于转换和收集1号主电机的转速；

加热炉PLC控制单元，用于对精准出钢所涉及的变量及数据进行计算，并输出计算结果用于设备动作信号；

现场信号反馈单元，包括安装于出炉辊道上的热金属检测仪，用于检测钢坯咬入1号主电机的时间点采集；

出炉辊道控制单元，由辊道及辊道变频器组成，用于控制辊道的自动运行，使辊道在应该运行时运转，没有动作信号时不运转；

HMI操作单元，用于参数显示及调整。

进一步地，所述加热炉PLC控制单元为西门子S7-400PLC。

进一步地，所述主电机编码器的信号分为两路，一路用于主传动速度控制，另一路引至西门子FM450高速计数模块用于脉冲计数。

进一步地，所述热金属检测仪有三套，一套设置于加热炉炉门口处，另外两套设置于出炉辊道上方。

加热炉精准出钢自动控制系统的控制方法，包括以下步骤：

1)从加热炉内部动作开始，当上一支坯料从加热炉内经出料悬臂辊道旋转运送出炉门时，炉门口热金属检测仪会检测到坯料已经完全离开炉内，这时步进梁自动正循环，并将坯料停放在出料悬臂辊道上，等待允许坯料供给的信号命令；

2)从加热炉出来的坯料被运送到出炉辊道上，坯料在出炉辊道上经过热金属检测仪会产生信号输出，当坯料离开热金属检测仪时输出信号将消失；

3)检测坯料的热金属检测仪与1号轧机中心线的距离是固定的，热金属检测仪检测到坯料尾部时会将信号传送给加热炉PLC控制单元，然后加热炉PLC控制单元根据出炉辊道的速度和轧机的线速度，计算出坯料尾部在什么时间会经过主轧机，根据时间与当前的速度换算出安装在主电机上的编码器还需要转多少个脉冲数，当计算到的脉冲数与实际采集到的主电机编码器的脉冲数相一致时，发出允许出钢的信号，等待在出料悬臂辊道上的坯料将通过出料辊道的运转行进至出炉辊道上并到达主轧机的位置开始轧制。

本发明具有以下有益效果：本发明通过控制坯料从加热炉移动至主轧机过程，使加热炉自动控制系统与轧线主轧机速度形成闭环控制，使坯料自动连续、准确无误地送入主轧机，物料供给节奏稳定在4.5秒-5.3秒之间，前后两支坯料间隔时间保持在1秒以内，波动范围由原来的3秒稳定在现在的1秒内，每支坯料可节约2秒的时间，按照现在的生产节奏，班产1300吨以上，每分钟可轧制坯料1.22吨。每班可节约时间1027秒＝17.1分钟，可提高班产1.22吨*17.1分钟＝20.9吨，每年可实现产量增加22576吨产量，实现年经济效益22576吨*500元＝1128.8万元/每年。另外，降低了操作工的劳动强度，加热炉出钢区域实现无人操作的稳定出钢节奏，提高了产量。

附图说明

图1是本发明加热炉精准出钢自动控制系统的结构示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

如图1所示，加热炉精准出钢自动控制系统，包括：

速度反馈单元，包括主电机编码器以及西门子FM450高速计数模块，用于转换和收集1号主电机的转速；

加热炉PLC控制单元，用于对精准出钢所涉及的变量及数据进行计算，并输出计算结果用于设备动作信号；

现场信号反馈单元，包括安装于出炉辊道上的热金属检测仪，用于检测钢坯咬入1号主电机的时间点采集；

出炉辊道控制单元，由辊道及辊道变频器组成，用于控制辊道的自动运行，使辊道在应该运行时运转，没有动作信号时不运转；

HMI操作单元，用于参数显示及调整。

进一步地，所述加热炉PLC控制单元为西门子S7-400PLC。

进一步地，所述主电机编码器的信号分为两路，一路用于主传动速度控制，另一路引至西门子FM450高速计数模块用于脉冲计数。

进一步地，所述热金属检测仪有三套，一套设置于加热炉炉门口处，另外两套设置于出炉辊道上方。

加热炉精准出钢自动控制系统的控制方法，包括以下步骤：

1)从加热炉内部动作开始，当上一支坯料从加热炉内经出料悬臂辊道旋转运送出炉门时，炉门口热金属检测仪会检测到坯料已经完全离开炉内，这时步进梁自动正循环，并将坯料停放在出料悬臂辊道上，等待允许坯料供给的信号命令；

2)从加热炉出来的坯料被运送到出炉辊道上，坯料在出炉辊道上经过热金属检测仪会产生信号输出，当坯料离开热金属检测仪时输出信号将消失；

3)检测坯料的热金属检测仪与1号轧机中心线的距离是固定的，热金属检测仪检测到坯料尾部时会将信号传送给加热炉PLC控制单元，然后加热炉PLC控制单元根据出炉辊道的速度和轧机的线速度，计算出坯料尾部在什么时间会经过主轧机，根据时间与当前的速度换算出安装在主电机上的编码器还需要转多少个脉冲数，当计算到的脉冲数与实际采集到的主电机编码器的脉冲数相一致时，发出允许出钢的信号，等待在出料悬臂辊道上的坯料将通过出料辊道的运转行进至出炉辊道上并到达主轧机的位置开始轧制。如果出钢节奏因为轧制规格的变换而发生了变化，还可以通过HMI操作单元WINCC控制画面上的调节窗口进行调节出钢时机。

该控制系统实现无人化操作，只需要在控制电脑画面上进行参数设定就可以自动运行。

具体实现的控制程序如下：

1)上一支坯料在出炉辊道上被1号主轧机咬入2秒后，将中间连锁信号M40.6“钢坯咬入信号”进行置位(加入延时通时间及延时断时间继电器是为了防止输入信号闪断)。

2)上一支坯料在出炉辊道上正在被1号主轧机咬入时，将中间连锁信号M41.7“钢坯咬入信号确认”进行置位。

3)操作台上的自动转换开关动作时，将中间连锁信号M41.6“出钢模式在自动”进行置位。

4)当1号主轧机咬入了坯料后电流开始上升后，并咬入检测，热金属检测仪检测到坯料已经咬入到1号主轧机的同时，将1号主轧机编码器反馈的数值存放到数据MD160“钢坯咬入时1号主电机脉冲”内(数据类型：双整数)。

5)1号主轧机编码器反馈数值减去MD160里的数值，产生的数据存放到#temp9当中。并将#temp9的数据类型由双整数转换为浮点数存放到#temp10当中。

6)实数4000除以MD116“1号主轧机实际速度”当中的数值，产生的结果存放到MD112“计算后的1号轧机速度”当中。

7)数据组MD88“画面设定的轧机计算值”当中的数值乘以5000，产生的结果存放在数据组MD92当中，#temp10当中的数值大于MD92当中的数值时M70.5将被置位，此时若正好坯料被1号主电机咬入，那么加热炉内等待的坯料将在悬臂辊道的带动下从炉子里面出来，并且在出炉辊道上向着1号主轧机前进。

8)根据画面上设定的“步进梁启动延时设定”时间，上一支坯料离开炉子后，开始计时，时间到后步进梁自动动作，将坯料放置到炉内悬臂辊道上。

9)电脑操作画面上，通过设定“轧机计算”数值可以对出钢节奏实现微调。通过调整“步进梁启动延时设定”可以调整上一支坯料离开加热炉后步进梁延时动作的时间。通过调整“悬臂辊道启动时间”可以调整出钢信号到达之后悬臂辊道延时启动的时间。

通过窗口“头尾间隔(s)”可以显示实际的每只坯料与上一支之间的间隔，实现数据的采集记录。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。