作者：张毅
本文以某钢厂棒线材步进式加热炉为例，重点介绍该加热炉电气方面的控制方式，主要包括钢坯测长、钢坯定位、步进梁控制和钢坯跟踪。
1工艺概况
该棒线材步进式加热炉为三段式，即预热段、加热段和均热段，进出料方式为侧进侧出。炉区主要控制设备包括入炉侧炉外辊道、入炉门、入炉侧炉内辊道、推钢机、步进梁、出炉侧炉内辊道和出炉门。工艺设备分布图如图1所示。
2系统硬件
加热炉电气控制系统采用SIEMENS S7-400系列和ET200M系列PI．C系统，配置其他相关硬件组成系统的硬件部分。其结构如图2所示。
2.1操作站
加热炉电气控制系统设置两台操作站，一台负责钢坯人炉控制，另一台负责钢坯炉内跟踪和出炉控制，操作站由研华工控机和基于Windows系统平台上的西门子WINCC监控软件组成，通过加热炉电气控制主工艺图、入炉侧设备控制图、钢坯炉内跟踪图、报警图、趋势图等丰富的人机界面，操作员可以设定、查看过程参数或状态，查看故障报警等明细。整个人机界面采用“向导式”的结构，大大方便了操作员的操作。两台操作站通过以太网交换机与控制站主站组成工业以太网，进行数据交换。
2.2控制站
控制站主站采用西门子S7-400系列PLC，功能强大，性能稳定，从站采用西门子ET200M系列PLC，设计使用灵活。本系统采用了1套S7-400系列PLC作为主站，负责炉内钢坯的跟踪控制和出炉控制，另外设立两个ET200M从站，分别用于钢坯入炉控制和炉区液压站控制。控制站主站通过DP接口与两从站组成西门子PROFIBUS-DP网络，相互通讯。
3 系统软件
加热炉电气控制系统软件主要采用了西门子配套的Step7和SIMATIC WinCC两种软件。Step7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinCC的编程、监控和参数设置，是SIMATIC工业软件的重要组成部分，Step 7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断等。SIMATICWinCC( Windows Control Center)-视窗控制中心，是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性，适合所有工业领域的解决方案，具有以下功能：多语言支持，全球通用；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian系统作为IT和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展；“全集成自动化”的组成部分等。
4 系统功能
加热炉的电气控制系统负责监控钢坯从入炉到出炉的整个过程，主要功能包括钢坯测长、钢坯定位、步进梁控制和钢坯跟踪。
4.1 钢坯测长
钢坯测长功能是对即将人炉的钢坯进行长度测量，用于炉内钢坯定位和后序的轧制优化。钢坯测长分为手动测长、自动测长和半自动测长。手动测长是人工测量钢坯长度后手动输入系统；自动测量是系统根据检测到的钢坯进行自动测长自动记录；半自动测长是人工干预测长，通过人工触发开始测长和结束测长，系统自动记录测量数据。
自动测长是系统结合光电管、编码器和变频器综合推理计算出钢坯的长度。自动测长程序流程图如图3所示。
4.2钢坯定位
钢坯定位功能是根据工艺设定要求将钢坯定位到炉内，以满足生产的要求。钢坯定位分手动定位和自动定位。手动定位是人工根据编码器数值和炉内成像手动将钢坯定位到炉内，然后通过推钢机推上固定梁；自动定位是系统根据检测的数据自动进行钢坯的定位，并将钢坯推上固定梁。
自动定位是系统结合光电管、编码器和变频器综合推理计算出钢坯的位置。自动定位程序流程图如图4所示。
4.3 步进梁控制
步进梁控制功能是系统按照工艺要求设定的步数控制步进梁的动作，将钢坯从入炉侧移动到出炉辊道。步进梁控制分手动控制和自动控制。手动控制是人工操作控制步进梁的动作，移动钢坯；自动控制是系统根据工艺设定自动完成步进梁动作。图5为步进梁自动控制流程图。
步进梁在动作过程中会自动进行误差补偿，误差补偿公式如下：
其中：S为下次步进梁的距离；L为人炉到出炉辊道中心线的距离；P97为固定梁最后一支钢的位置；E。步进梁动作误差补偿。
4.4钢坯跟踪
钢坯跟踪功能是对入炉的钢坯进行实时跟踪，包括标志位、炉号、长度和炉内位置等，其中标志位用于识别该钢坯是否真实存在。钢坯跟踪为系统自动跟踪，人工可手动干预修改。图6为钢坯自动跟踪程序流程图。
5结束语
伴随着步进梁式加热炉的发展，其电气控制方式越来越多样化，控制技术也越来越成熟。本文介绍的电气控制方式属于一种典型的电气控制方式，在系统配置和技术运用方面都比较成熟，有多年的现场使用经验，是一种成熟的控制方式。
6摘要：介绍了一种先进的步进式加热炉电气控制方式，该方式使用设置简洁、可靠性和准确性高，是一种比较成熟的应用方式。
