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真空处理装置中MFB枪枪位控制的设计与实现
发表时间:[2007-09-27]  作者:  编辑录入:admin  点击数:7592
摘要:结合新钢钒提钒炼钢厂RH-MFB真空处理装置中MFB枪的特殊功能,详细阐述了实现MFB枪枪位控制的硬件配置及软件设计情况。
  关键词:真空处理;MFB枪;定位模件;绝对编码器;数值转换
0 引言
  为了扩大钢铁产品品种,提高钢铁产品质量,新钢钒提钒炼钢厂于1997年从德国麦索公司引进其先进的RH-MFB真空处理技术,建成了一套年处理钢水能力为50万t的真空处理装置。该RH—MFB真空处理装置投产后,使攀钢具有了先进的LD-LF-RH-CC生产模式,从此具有生产IF钢、耐候钢、管线钢等一大批特殊钢种的生产能力,提高了产品的市场竞争力,为攀钢赢得了巨大的经济效益。
  在RH-MFB真空处理工艺中,MFB(Multi Function Burner)是一个至关重要的设备,它具有以下功能:①在非处理状态(即大气状态)下,对真空室进行大气加热和保温;②在处理过程中进行真空加热,减少钢水的温降;③吹入氧气和加入铝丸进行化学加热,使钢水升温;④对钢水进行真空强制脱碳。除此以外,MFB枪升降装置还可使MFB枪火焰在较大范围内上下运动,以便于熔化在真空处理过程中产生在真空室内壁及插入管上的结瘤(俗称“化渣”)。要实现上述功能就必须对MFB枪进行准确的定位控制,为此笔者就MFB枪的枪位检测及控制方法作详细介绍。
1 MFB枪的硬件配置
  MFB枪的升降方式有两种:①正常方式下采用电动;②事故方式下采用气动。在电动方式下使用双绕线式电机驱动MFB枪,实现MFB枪的快、慢速运动。本文只介绍MFB枪在电动方式下的枪位检测及控制方法。在RH-MFB真空处理控制系统中是通过使用绝对编码器、WFT05定位模件和S5-155UPLC来实现对MFB枪的精确定位,其硬件配置情况如图1所示。
 
图1 MFB枪的硬件配置示意图
 
1.1 绝对编码器
  绝对编码器安装在驱动MFB枪的电机减速箱轴上,随电机的转动而转动。系统选用德国FRABA公司的Multi-Turn SSIAWC5810绝对编码器,编码器每转一圈就发出1024个脉冲,其最大计数能力为1024×16=16384个脉冲,它采用格雷码(GrayCode)25bit数据格式,根据电缆长度的不同,数据传输率有125kbps(120m)和1Mbps(25m)两种。在此处使用电缆长度在40m左右,因此数据传输率设定为125kbps。
1.2 WF705定位模件
  WF705定位模件实际上相当于一个位置解码器,具有4个独立同步串行接口,在不使用分配器的情况下可以同时连接4个编码器,因此绝对编码器通过7芯屏蔽电缆接在WF705的2#同步串行接口上。WF705接收绝对编码器发出的脉冲数值,然后再将其送往CPU948计算MFB枪的实际位置。WF705要正常工作就必须设定一个地址(由模件上的地址开关设定),以便CPU对它进行寻址。系统中WF705的地址设定为240。
1.3 S5-155UPLC
  S5-155U PLC是SIEMENS公司S5系列产品中的高端产品,具有很强的逻辑运算能力、故障诊断能力和扩展能力,特别适用于恶劣的工业环境。为了数据交换的可靠性,通讯模件CPl430和定位模件WF705必须安装在紧邻CPU948模件的机架槽位中。
2 软件设计
2.1 程序结构
  PLC程序用STEP5语言编制,程序结构为模块式结构。有关WF705的程序只须在PLC的STEP5应用程序中调用有关的S5标准功能块即可。S5标准功能块随STEP5软件一同提供。
  与WF705有关的功能块为FBl60、FBl61、FBl63。FBl60与FBl63用于PLC启动时与WFT05的同步,仅在PLC启动时被优先级别低的OB20/OB21/OB22调用和执行一次。对WFT05进行初始化,在FBl60中调用FBl63,由它自动产生一个长度为48字的数据块,用于存储WF705传来的实际脉冲数值。FBl61用于将WF705中的脉冲值读到CPU948中,它在优先级别最高的OBl中被循环调用和执行,实时累计编码器的脉冲数值。
  在控制系统中,为了使程序更简洁、易读,采用了循环嵌套结构,即将FBl60编在PB2中,再由OB20/OB21/OB22去调用PB2,对WF705进行初始化;而将FBl61编在PB3中,再用OBl去调用PB3,从WF705中读出脉冲数值到CPU948中。如此程序的结构就更加清晰,如图2所示。
 
图2 程序结构示意图
 
2.2 功能块的参数配置
  编程时直接调用FBl60、FBl61、FBl63即可,但是还必须对它们进行参数配置。因为FBl63属于内部调用,所以不用配置FBl63的参数。
  FBl60的参数配置如下:①存放脉冲值的数据块:DBl2;②绝对编码器每圈的脉冲数:1024;③WFT05的模块地址:240;④数据传输率:125kbps。
  FBl61的参数配置如下:①存放脉冲数值的数据块:DBl2;②WF705的同步串行接口(SSI)号:2。
2.3 数值转换
  由于CPU948从FBl61读出的只是脉冲数值,要表示成长度单位mm,还必须进行相应的数值转换,其转换公式表示为:D=P×R/(S×l024),式中:D为实际位移;P为实际脉冲数值;R为最大行程;S为编码器在整个行程中转过的圈数。
  最大行程R为MFB枪上/下极限之间的距离,用皮尺人为量出;编码器转过的圈数S通过以下关系式计算:S=(Pup-Pdown)/1024,式中:Pup为MFB枪位于上极限时的脉冲数,Pdown为MFB枪位于下极限时的脉冲数。此转换功能由自编功能块FB232实现。
3 MFB枪的枪位控制
  MFB枪的枪位设定有两种方式:第一种为计算机(LEVEL 2)方式,由人工发出请求,过程计算机根据数学模型进行计算,给出各种工况下的枪位设定值,并通过Hl网送往PLC;第二种为人工方式,操作员在操作站上输入MFB枪各种情况下的枪位设定值,也通过H1网送往PLC。
  PLC收到MFB枪的设定值后,将其与实际枪位比较,然后发出指令去控制MFB枪的升降。MFB枪有快速和慢速两种运行速度。MFB枪动作时总是先快速运行,当实际枪位与设定枪位之差的绝对值△≤100mm(即:高低速转换值)时,转为慢速运行,而当△≤10mm(即:位置offset)时,MFB枪停止运行,枪位控制流程图如图3所示。其中高低速转换值和位置offset的大小是根据MFB枪的惯性大小和电机抱闸情况而设定的。
 
图3 枪位控制流程图
 
4 结语
  RH-MFB真空处理装置自投产以来,MFB枪的枪位检测和控制都很准确,没有出现故障。实践证明使用WF705和绝对编码器能够准确测量MFB枪的位置,硬件和软件实现都十分方便。但是,用绝对编码器和WF705位置模件测量位置时,必须注意以下两点:①绝对编码器与WF705之间的连接电缆必须采用屏蔽电缆,而且应与动力电缆分开走线,避免外界电磁干扰,防止WF705出现误计数。②由于WF705从绝对编码器读出的脉冲数值范围应在0-3FFF(0~16383),因此在安装绝对编码器时必须使MFB枪在整个行程中的脉冲读数落在上述范围之内,即0<Pdown<Pup<3FFF,否则将出现计数混乱。
 
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