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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:本站  编辑录入:本站  点击数：8632
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。