马瑾

（湖南博长控股集团冷水江钢铁有限责任公司，湖南 娄底 417500）

板带厂传统推钢式加热炉内板坯的移动由推钢机来推动，推钢机采用液压驱动，普通液压电磁换向阀可以实现前进与后退的功能，但不具备流量调节功能。因此液压油缸的速度快慢无法调节，存在轻载过慢而重载过快的问题，轻载过慢时影响了生产节奏，而重载过快时振动较大且容易引起环保问题，并且还容易损伤加热炉炉筋管以及辅助设备，所以需设计一套能根据负载轻重来实现自动速度调节的控制系统来解决以上问题。

1 控制系统组成

1.1 主控系统

推钢机属于炉区设备，主控系统为西门子400PLC，CPU 为416-2，机架中带有数字量、模拟量的输入和输出模块，炉区PLC 主要控制除加热炉燃烧本体外其他一些炉区设备如入出炉辊道、推钢机、出钢机、炉区除鳞水、炉区液压站等。

1.2 现场液压仪表

根据炉区液压站最高液压压力选择一个量程合适的液压压力传感器，带有4～20 mA 输出以及电干接点，最好是传感器本身还带有屏幕显示以便于调试。传感器安装于推钢机的液压阀台上，用于检测推钢机的液压压力。

因推钢机对速度控制的要求并不是很高，不需要采用伺服阀，只需装有符合压力及流量要求的普通比例流量控制阀即可。

2 工作原理

板坯通过入炉辊道送至推钢机位置，推钢机的作用是将板坯推入加热炉中，由加热炉将板坯加热到合适的温度以便于轧制。在推钢机前进推钢过程中，共有3 个阶段，分别是空载、轻载、重载。空载阶段：推钢机启动前进至接触到将入炉的板坯以及板坯推到位后退返回时。轻载阶段：推钢机推动将入炉的板坯往加热炉内移动至接触到炉内板坯。重载阶段：推钢机推动炉内所有板坯向出炉口移动。针对3 个阶段可以设计高速与低速两段速度控制，空载和轻载时采用高速，重载时采用低速。

通过安装在液压阀台上的压力传感器来检测推钢机的油压，从而判断是轻载还是重载的情况，然后由PLC 控制推钢机的液压比例阀的不同开口度进而控制推钢机的速度，从而实现空载、轻载时高速，重载时低速的目的。

3 具体实施方式

把入炉钢坯运送至挡板处停止，操作工按下“推钢机前进”按钮，推钢机以高速（70%速度，如图1所示）将入炉钢坯推向加热炉内，当入炉钢坯与炉内钢坯完全接触，加热炉内所有钢坯被推动前进时，压力传感器检测油压达到70 MPa，发出压靠信号（如图2 所示）给西门子PLC，PLC 向推钢机比例阀发出低速（30%速度）信号控制推钢机低速前进，当钢坯到达指定位置时操作工按下“停止”按钮，然后再按下“推钢机返回”按钮，推钢机再以高速返回原位。

图1 STEP7 高速信号梯形图程序示意图

图2 压力传感器信号线接PLC 模块示意图

4 调试注意事项

4.1 压力传感器

首先需要确定液压系统的系统压力最大值，通常在设计说明书中可以知晓。压靠压力的选取需要在现场观察推钢机的动作进行准确选择，选取在推钢机推动炉内所有钢坯一瞬间的压力值。此信号有2 种处理方式：由压力传感器传送4～20 mA 模拟量给PLC，经由PLC 编程软件STEP7 中模拟量转换块转换为具体压力值，然后使用比较逻辑块确定压靠信号；将压靠压力值在传感器设置为干接点动作的输出值，同时设置开关点回复值为500 kPa，相应的输出会在预设开关点到达时切换并在压力下降到低于回复点时切换回复。

4.2 液压比例阀

液压比例阀是一种新型的液压控制装置。在普通压力阀、流量阀和方向阀上，用比例电磁铁替代原有的控制部分，按输入的电气信号连续地、按比例地对油流的压力、流量或方向进行远距离控制。比例阀一般都具有压力补偿性能，输出压力和流量可以不受负载变化的影响。普通液压阀只能通过预调的方式对液流的压力、流量进行定值控制。但是当设备机构在工作过程中要求对液压系统的压力、流量参数进行调节或连续控制，例如要求油缸在工作进给时按快、慢连续变化的速度实现进给，或按一定精度模拟某个最佳控制曲线实现力控制，普通液压阀则实现不了，这时可以用电液比例阀对液压系统进行控制[1]。

比例阀的电压通常为24 Ⅴ，工作电流为200～800 mA 之间，这么大的电流，PLC 的模拟量输出模块都无法达到，直流只有20～30 mA，电压为0～10 Ⅴ，所以要加一个放大器，才能推动比例阀。比例阀放大板对控制过程中反映出来的微弱信号进行放大（电流或电压）以驱动比例阀参数按比例随之变化，实现自动控制的目的。力士乐RTS-2STⅤ放大板接线原理如图3 所示。

图3 力士乐RTS-2STV 放大板接线原理图

图3 中，＜1＞为PLC 模拟量输出模块给放大板的控制输出±10 Ⅴ信号，要注意西门子PLC 模拟量输出模块对应的“量程卡”要调整到相应的位置，且在硬件组态中要设置好“输出类型”与“输出范围”[2]；＜2＞为PLC 数字量输出模块给放大板的使能信号，表示放大板输出启用；＜3＞为斜坡关闭控制输入（z14），实现斜坡功能的开启/关闭，前面板的指示灯（RAMP）指示工作模式；＜4＞为放大板故障信号反馈，此信号反馈到PLC，程序需取消放大板的使能信号且使输出为0；＜5＞为放大板运行信号反馈，此信号反馈到PLC，由于一般意义不大，程序中可处理也可不处理；＜6＞为放大板24ⅤDC 电源，需将电源零点b2 与信号屏蔽线z28 接至中性地；＜7＞和＜8＞分别为主阀和先导阀的反馈信号，其中z30、b30 是位置传感器的±15 Ⅴ电源，b26、b28 与b22、b24 是位置传感器的反馈信号；＜9＞为放大板输出给比例阀电磁铁的主电源信号。

5 常见电气故障的处理

5.1 故障1

故障现象：推钢机油缸伸出时始终处于高速状态，无法切换到低速状态。

故障原因：①测量油缸无杆腔油压的压力传感器损坏或信号线断路导致传感器无法将压靠信号传送给PLC，使得程序一直维持在高速状态；②比例阀的反馈信号线（b26、b28 或b22、b24）接反，此种比例阀放大板接线较多，电气维修人员在安装或检修时容易接错线，使进入放大板的负反馈信号变成了正反馈信号，再经过放大板不断放大到最大命令输出，油缸始终维持高速运行，结果造成比例阀电磁铁和放大板严重发热，甚至还可能烧毁比例电磁铁和放大板[3]。

故障处理：①更换压力传感器或恢复断路的信号线；②调整位置传感器的接线并更换放大板，同时要注意的是放大板的24ⅤDC 电源以及比例阀位置传感器的±15 Ⅴ电源的正负极性不要搞反。

5.2 故障2

故障现象：放大板上的使能灯（ENABLE）有时闪烁报错，正常状态时绿色常亮。

故障原因：放大板输入控制信号在短时间内变化太快引起负载在短时间内剧烈变化，由于斜坡时间过短，没有了缓冲，剧烈的信号变化导致放大板控制系统不稳定而报错。

故障处理：调整放大板斜坡时间到合适值。斜坡时间需要根据驱动元器件的特性进行设置，如果设置太长将导致动作缓慢；而设置太短，系统会产生冲击，并且发出警报。因此建议先测量一下斜坡时间，再根据现场工况和输入信号的情况调整斜坡时间。

6 相关联锁条件

推钢机需设行程保护，即当到达前极限位置自动停止并返回；当到达后极限位置自动停止，可以采用接近开关做限位，如果有二级过程控制系统，油缸中还可以配置位移传感器精确检测推钢机行程以实现推钢的自动定位。

与辊道的联锁：当推钢机动作时（含前进与后退），入炉辊道不得动作；反之亦然。防止钢坯将推钢机撞坏或推钢机将钢坯顶歪。

7 结束语

采用先进的传感器、液压控制元件和稳定的PLC软硬件技术进行精确控制，本加热炉推钢机速度自动控制系统已在线可靠运行多年，既保证了生产节奏又减小了设备振动，生产与环保达到了很好的平衡。