轧钢加热炉步进梁控制程序开发

丁强

宣钢检修公司 河北张家口 075100

1 开发思路

首先将步进梁在纵向垂直面上的矩形运动轨迹进行动作分解为上升、前进、下降、后退四个基本运行状态，再进一步分解成六个对应步，在PLC程序中对每一步做出明确定义，上升对应第一步、第二步(以固定梁水平面为界)，前进对应每三步，下降对应第四步、第五步(以固定梁水平面为界)，后退对对应第六步。如图1所示。

图1 步进梁运动状态分解图

其次将步进梁的单体设备操作命令（上升、前进、下降、后退、正循环、逆循环、踏步、抬平），与程序关联，对应如下（仅以上升、正循环、逆循环、踏步为例）：上升：程序顺序执行STEP1、STEP2；正循环：程序顺序执行STEP1、STEP2、STEP3、STEP4、STEP5、STEP6；逆 循 环 ：程 序 顺 序 执 行STEP3、STEP1、STEP2、STEP6、STEP4、STEP5；踏步 ：程序顺序执行STEP1、STEP2、STEP4、STEP5，延时等待一定时间后，再重复执行上述各步；第三，定义每一步的减速点、停止点和速度给定百分比；最后完善逻辑联锁关系，确保动作可靠安全。

2 程序的关键函数块

步进梁控制程序的关键函数块是速率给定函数，此函数决定了如何快速方便地设置步进梁加速、减速速率，是保证步进梁运动平稳、快速的关键函数，也是工程调试中主要调试数据之一。

此函数在定时循环中断OB35内调用，速度给定百分数整数数值乘以276做为函数的输入，函数输出值赋值给模拟量输出地址，通过AO模块输出-10V～+10V（或4-20mA）给比例放大板，由放大板输出电流驱动液压阀台电液比例阀开口大小来控制通过油量的多少，最终达到控制步进梁运动的快慢。

3 该程序的特点

（1）程序逻辑清晰、短小精干，易于调试。对于工程需要调试的数据做了明确的定义和接口，非常利于工程实施中快速调试。（2）安全可靠。对安装于步进梁平移缸和升降缸上的重要的传感器（位移传感器）具有实时智能判断其是否工作正常，一旦位移传感器出现故障无法正常反馈信号，程序马上报警并急停步进梁动作。（3）易于维护。位移传感器是步进梁最重要的传感器，长期运行，加上炉坑下环境湿热，多粉尘，因此极易出现故障，当更换时需要校验位移传感器反馈信号与实际位移物理位置的对应关系是否正确，因此需要方便快捷的校验方法，本程序开发的位移传感器信号与实现物理位移转换函数块集数据转换、位置校正、故障报警于一体，很好的解决了维护的方便性。

4 工程调试

步进梁本体是个庞然大物，其质量大、惯性大，由液压驱动，液压压力高达18MPa，单缸推力达几百吨，因此工程实际调试是具有危险性的。如果参数设置不当、甚至错误，或调试时安全措施不到位，那将发生不可预计的后果，轻者发生液压杆拉缸、夯缸现象，造成液压缸开裂损坏；重者造成人身伤亡，因此必须要求调试人员经验丰富、思维严谨[1]。虽然步进梁程序开发编程方面已经为了便于调试做了充分的准备工作，但要在实际工程中，不同的项目，其液压系统必然存在差异，要想把步进梁调试得既快又稳，达到良好的控制效果，这需要现场工程师深刻理解步进梁运动特点、液压比例阀的特性，掌握关键参数的设置及它们之间的相互影响。

4.1 调试主要步骤

（1）停止点：即动梁能够安全运动的矩形轨迹内每步的停止位置，参见图4圆黑点。（2）减速点：通过设置每步开始减速的绝对距离值，再经过数学运算确定每步的减速点位置，参见图4中方黑点。（3）速度给定：每步的高速运动、低速运动速度给定，以百分比设置，对应比例阀开口度；总体给定在：高速区为60%-95%，低速区为20%-40%。（4）速率：通过速率给定函数设置加速速率和减速速率。最后，执行循环命令，观察监测动梁运动状态、震动状况、平稳状态、步进周期，对各参数做进一步修正、调整。

4.2 注意事项

（1）必须先执行手动单动命令，操作动梁低速前进、上升、后退、下降，反复测试，确保动梁在运动轨迹内无任何异常响声，方可执行半自动命令（正循环、逆循环）。（2）高速速度给定值调整要遵循由小到大，减速点位置设置值要遵循从远及近，加减速速率设置遵循从大到小，以确保动梁从高速区能够快速降速到低速区，防止液压杆动作运动速度太快而减速区范围小，来不及减速，发生拉缸、夯缸事故而损坏液压缸。（3）要清楚参数修改时的彼此相互影响。例如：为了提高步进周期而增大高速给定值，则减速区域相应修改加长，否则会产生大的过冲量；增大减速速率，则减速区域相应调整缩短，否则将导致步进周期时间加长。

4.3 工艺措施

步进梁平稳性主要取决于加速速率、减速速率、和高低速区速度设定；在确保运动平稳的前提下，生产人员最关注的是步进周期的快慢，而影响步进周期的最关键之处在于步进梁在每步减速后进入低速区到停止点这段行程的距离，最理想状态的减速停止区域是步进梁从减速点开始减速，当速度进入低速区时恰好到达此步的停止点，这是优化步进周期的最核心之处。

5 结语

采用西门子S7-400PLC控制器开发的步进梁控制程序架构合理，经过多年现场应用验证，体现其良好的控制效果；实际工程调试经验的总结希望有助于从事步进梁控制和调试工作的工程人。