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真空處理裝置中MFB槍槍位控制的設計與實現
發表時間:[2007-09-27]  作者:  編輯錄入:admin  點擊數:7016
摘要:結合新鋼釩提釩煉鋼廠RH-MFB真空處理裝置中MFB槍的特殊功能,詳細闡述了實現MFB槍槍位控制的硬件配置及軟件設計情況。
  關鍵詞:真空處理;MFB槍;定位模件;絕對編碼器;數值轉換
0 引言
  為了擴大鋼鐵產品品種,提高鋼鐵產品質量,新鋼釩提釩煉鋼廠于1997年從德國麥索公司引進其先進的RH-MFB真空處理技術,建成了一套年處理鋼水能力為50萬t的真空處理裝置。該RH—MFB真空處理裝置投產后,使攀鋼具有了先進的LD-LF-RH-CC生產模式,從此具有生產IF鋼、耐候鋼、管線鋼等一大批特殊鋼種的生產能力,提高了產品的市場競爭力,為攀鋼贏得了巨大的經濟效益。
  在RH-MFB真空處理工藝中,MFB(Multi Function Burner)是一個至關重要的設備,它具有以下功能:①在非處理狀態(即大氣狀態)下,對真空室進行大氣加熱和保溫;②在處理過程中進行真空加熱,減少鋼水的溫降;③吹入氧氣和加入鋁丸進行化學加熱,使鋼水升溫;④對鋼水進行真空強制脫碳。除此以外,MFB槍升降裝置還可使MFB槍火焰在較大范圍內上下運動,以便于熔化在真空處理過程中產生在真空室內壁及插入管上的結瘤(俗稱“化渣”)。要實現上述功能就必須對MFB槍進行準確的定位控制,為此筆者就MFB槍的槍位檢測及控制方法作詳細介紹。
1 MFB槍的硬件配置
  MFB槍的升降方式有兩種:①正常方式下采用電動;②事故方式下采用氣動。在電動方式下使用雙繞線式電機驅動MFB槍,實現MFB槍的快、慢速運動。本文只介紹MFB槍在電動方式下的槍位檢測及控制方法。在RH-MFB真空處理控制系統中是通過使用絕對編碼器、WFT05定位模件和S5-155UPLC來實現對MFB槍的精確定位,其硬件配置情況如圖1所示。
 
圖1 MFB槍的硬件配置示意圖
 
1.1 絕對編碼器
  絕對編碼器安裝在驅動MFB槍的電機減速箱軸上,隨電機的轉動而轉動。系統選用德國FRABA公司的Multi-Turn SSIAWC5810絕對編碼器,編碼器每轉一圈就發出1024個脈沖,其最大計數能力為1024×16=16384個脈沖,它采用格雷碼(GrayCode)25bit數據格式,根據電纜長度的不同,數據傳輸率有125kbps(120m)和1Mbps(25m)兩種。在此處使用電纜長度在40m左右,因此數據傳輸率設定為125kbps。
1.2 WF705定位模件
  WF705定位模件實際上相當于一個位置解碼器,具有4個獨立同步串行接口,在不使用分配器的情況下可以同時連接4個編碼器,因此絕對編碼器通過7芯屏蔽電纜接在WF705的2#同步串行接口上。WF705接收絕對編碼器發出的脈沖數值,然后再將其送往CPU948計算MFB槍的實際位置。WF705要正常工作就必須設定一個地址(由模件上的地址開關設定),以便CPU對它進行尋址。系統中WF705的地址設定為240。
1.3 S5-155UPLC
  S5-155U PLC是SIEMENS公司S5系列產品中的高端產品,具有很強的邏輯運算能力、故障診斷能力和擴展能力,特別適用于惡劣的工業環境。為了數據交換的可靠性,通訊模件CPl430和定位模件WF705必須安裝在緊鄰CPU948模件的機架槽位中。
2 軟件設計
2.1 程序結構
  PLC程序用STEP5語言編制,程序結構為模塊式結構。有關WF705的程序只須在PLC的STEP5應用程序中調用有關的S5標準功能塊即可。S5標準功能塊隨STEP5軟件一同提供。
  與WF705有關的功能塊為FBl60、FBl61、FBl63。FBl60與FBl63用于PLC啟動時與WFT05的同步,僅在PLC啟動時被優先級別低的OB20/OB21/OB22調用和執行一次。對WFT05進行初始化,在FBl60中調用FBl63,由它自動產生一個長度為48字的數據塊,用于存儲WF705傳來的實際脈沖數值。FBl61用于將WF705中的脈沖值讀到CPU948中,它在優先級別最高的OBl中被循環調用和執行,實時累計編碼器的脈沖數值。
  在控制系統中,為了使程序更簡潔、易讀,采用了循環嵌套結構,即將FBl60編在PB2中,再由OB20/OB21/OB22去調用PB2,對WF705進行初始化;而將FBl61編在PB3中,再用OBl去調用PB3,從WF705中讀出脈沖數值到CPU948中。如此程序的結構就更加清晰,如圖2所示。
 
圖2 程序結構示意圖
 
2.2 功能塊的參數配置
  編程時直接調用FBl60、FBl61、FBl63即可,但是還必須對它們進行參數配置。因為FBl63屬于內部調用,所以不用配置FBl63的參數。
  FBl60的參數配置如下:①存放脈沖值的數據塊:DBl2;②絕對編碼器每圈的脈沖數:1024;③WFT05的模塊地址:240;④數據傳輸率:125kbps。
  FBl61的參數配置如下:①存放脈沖數值的數據塊:DBl2;②WF705的同步串行接口(SSI)號:2。
2.3 數值轉換
  由于CPU948從FBl61讀出的只是脈沖數值,要表示成長度單位mm,還必須進行相應的數值轉換,其轉換公式表示為:D=P×R/(S×l024),式中:D為實際位移;P為實際脈沖數值;R為最大行程;S為編碼器在整個行程中轉過的圈數。
  最大行程R為MFB槍上/下極限之間的距離,用皮尺人為量出;編碼器轉過的圈數S通過以下關系式計算:S=(Pup-Pdown)/1024,式中:Pup為MFB槍位于上極限時的脈沖數,Pdown為MFB槍位于下極限時的脈沖數。此轉換功能由自編功能塊FB232實現。
3 MFB槍的槍位控制
  MFB槍的槍位設定有兩種方式:第一種為計算機(LEVEL 2)方式,由人工發出請求,過程計算機根據數學模型進行計算,給出各種工況下的槍位設定值,并通過Hl網送往PLC;第二種為人工方式,操作員在操作站上輸入MFB槍各種情況下的槍位設定值,也通過H1網送往PLC。
  PLC收到MFB槍的設定值后,將其與實際槍位比較,然后發出指令去控制MFB槍的升降。MFB槍有快速和慢速兩種運行速度。MFB槍動作時總是先快速運行,當實際槍位與設定槍位之差的絕對值△≤100mm(即:高低速轉換值)時,轉為慢速運行,而當△≤10mm(即:位置offset)時,MFB槍停止運行,槍位控制流程圖如圖3所示。其中高低速轉換值和位置offset的大小是根據MFB槍的慣性大小和電機抱閘情況而設定的。
 
圖3 槍位控制流程圖
 
4 結語
  RH-MFB真空處理裝置自投產以來,MFB槍的槍位檢測和控制都很準確,沒有出現故障。實踐證明使用WF705和絕對編碼器能夠準確測量MFB槍的位置,硬件和軟件實現都十分方便。但是,用絕對編碼器和WF705位置模件測量位置時,必須注意以下兩點:①絕對編碼器與WF705之間的連接電纜必須采用屏蔽電纜,而且應與動力電纜分開走線,避免外界電磁干擾,防止WF705出現誤計數。②由于WF705從絕對編碼器讀出的脈沖數值范圍應在0-3FFF(0~16383),因此在安裝絕對編碼器時必須使MFB槍在整個行程中的脈沖讀數落在上述范圍之內,即0<Pdown<Pup<3FFF,否則將出現計數混亂。
 
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