摘要：本文介绍了位置变送器的工作原理及在莱钢轧钢厂中小型车间加热炉中的应用。针对由于位置变送器检测不准确造成加热炉不能正常装钢、出钢等问题，提出了具体的解决方法，解决了生产中一大难题。

      关键词：加热炉；位置变送器；检测
 
      一、概述

      莱钢轧钢厂中小型车间加热炉是步进式加热炉，用来对钢坯进行加热。生产能力为120t /h（普碳钢）和105t/h（弹簧钢）。加热炉自动控制系统采用瑞典ABB公司的Master Piece200/1系统，整个系统主要由MP200/1控制站、AS515操作站和现场检测控制设备三部分组成。主体设备包括固定梁、活动梁、推钢机、最终挡板、入炉辊道、出炉辊道、液压站等设备。待加热钢坯在入炉辊道经测长、称重检测后，若为合格钢坯（6000~10000mm），则自动打开入炉门，由入炉辊道送至炉内，最终挡板会定位钢坯在炉内的纵向位置。推钢机推钢坯至炉内活动梁第一位置，活动梁前进一个步距，活动梁上最后位置的钢坯卸至出炉辊道，加热炉出钢。在加热炉钢坯定位控制系统中，推钢机、活动梁、最终挡板三个设备的位置检测起着极其重要的作用，检测的准确与否直接影响钢坯能否正常自动进钢、炉内钢坯定位及跟踪、自动出钢等。

      二、  变送器检测系统

      1、位置变送器工作原理

      推钢机、活动梁、最终挡板三个设备使用的位置变送器可分为感应式拉线位置变送器和感应式拉杆位置变送器两种，检测原理基本相同。感应式位置变送器是一种基于电磁耦合原理的位移测量变送器，由定尺和滑尺组成，其相对面采用光刻腐蚀法蚀刻成的铜线绕组，如图1所示。定尺绕组的周期T为2mm，均匀分布在250mm长度上。滑尺上有两相绕阻，分别为正弦绕组和余弦绕组，其中心线相距3T/4。定尺、滑尺分别安装在设备的固定和运动部分（拉杆或拉绳），当定尺、滑尺做相对运动时，若在滑尺两相绕组上加激磁电压，则定尺绕组就有感应电动式产生，检测该电动式的变化量即可获得位移量的大小。例如，在滑尺的正、余弦绕组上分别加幅值按正、余弦规律变化的激磁电压：

      Vs=Vmsinqesinwt                                 （1）

      Vc=Vmcosqesinwt                               （2）

      则当定尺、滑尺相对移动qm时，定尺上分别感应出的电势为：

      Es=KmVmcoswt sinqe cosqm                              （3）

      Ec=-KmVmcoswt cosqe sinqm                           （4）

      根据选加原理，总的感应电动势为：

      E=Es+Ec=KmVmcoswt sin(qe -qm)               （5）

      式中， E—误差信号；

              Km—耦合系数；

      qe —可变的用以平衡qm的电角度。

      由于qe =qm时，E=0，所以通过给定qe的数值就可以用零值检测法确定qm的大小。

      2、位置变送器检测原理

      感应式位置变送器以零值检测法为测量原理，配以相应电路构成如图2所示的检测系统。当定尺、滑尺相对位移△qm时，从PLC输出的激磁电压信号Vs、 Vc分别对滑尺两相绕组进行激磁，通过电磁感应在定尺上输出误差信号E，经AI模板前置放大与A/D转换成相应信号，在控制逻辑的作用下，位移信号送入PLC，一方面计算显示位移量，另一方面AO模板输出纠正值使qe产生一增量△qe，纠正激磁电压的幅值，从而在跟踪点上处于相对平衡状态，即qe =qm，使E=0，实现零值检测。

      在实际测量中，设备动作带动滑尺动作，因此滑尺的位移即代表设备的位移，通过对滑尺位移检的测便实现对设备动作位移的检测。对于被检测设备由于感应式位置变送器信号差值偏离设计工况引起的位移测量误差等，可通过程序修改来调整，从而提高测量精度及可靠性。
 
      二、  位置变送器的应用

      加热炉共安装四个位置变送器，分别检测推钢机、活动梁（平移和提升）、最终挡板三个设备的位置。推钢机、活动梁平移的位置变送器为拉杆式位置变送器，最终挡板和活动梁提升的位置变送器为拉线式位置变送器。活动梁平移位置变送器型号为LWG750，测量范围0~1000mm；提升位置变送器型号为LWH600，测量范围0~1000mm；推钢机位置变送器型号为LWH600，测量范围0~2000mm；最终挡板位置变送器型号为P-75A，测量范围0~2500 mm，精度等级0.3%。加热炉全长22150mm，活动梁一个步距为237mm。 

      在加热炉钢坯定位系统中，为对每一根钢坯进行定位和跟踪，钢坯在炉内位置的检测极为关键。加热炉共100个跟踪位置，记做P1, P2, P3……P100，其中，P1, P2, P3……P93位于炉内活动梁上，通过安装在活动梁上的平移液压缸和提升液压缸的位置变送器来控制活动梁的运动速度和行程，从而实现钢坯在炉内的活动。四个位置变送器的控制程序基本相同，现以活动梁提升缸位置变送器为例加以说明，活动梁运动方式如图3。 

      活动梁提升位置变送器信号进程序转换计算后的位移数值进元素COMP-R比较。当L2<位移数值≤H4时，活动梁位于起始位即轧制线位置，与固定梁基本平齐，加速上升；当位移数值>L3时，活动梁到达a点，变匀速上升；当位移数值>L4时，活动梁到达b点，变减速上升；当位移数值>LHYS时，活动梁至最高点o停止上升；活动梁前进至p点，再加速下降，当位移数值>L4时，下降至c点变匀速，当位移数值>L3时，匀速至d点减速，当位移数值>L2时至轧制线慢放钢坯；再加速下降，当位移数值≤H3时，下降至e点变匀速，当位移数值≤H2时，匀速至f点，当位移数值≤H1时，最后减速q点；活动梁后退平移至r点，加速上升，当位移数值≤H1时，上升至g点变匀速上升，当位移数值≤H2时，上升至h点减速，当位移数值≤H3时，至轧制线位置停止。程序连接如图4。

      四、位置变送器维护及更换

      1、位置变送器的维护

      日常巡检时，应检查位置变送器安装螺丝、插头是否松动，设备动作位移是否与操作站显示相一致。当设备运动位移不正常，出现钢坯不能正常入、出炉等现象时，先检查位置变送器是否损坏、安装螺丝是否松动；若位置变送器正常，可手动测试设备，标记设备动作位移，然后与加热炉操作站的设备位移显示值相比较，如有误差且呈线性，先手动调节位置变送器的拉杆或拉线的长度，然后测试设备；若仍有误差，可根据情况适当修改程序中的修正值和位移系数。位置变送器损坏严重或误差太大无法调节时，应更换位置变送器。无备件更换时，可修改相应数据库元素和程序，更换为不同型号、精度等级高、能使用的位置变送器。

      2、位置变送器的更换

      推钢机位置变送器原为拉线式位置变送器，但由于推钢机动作频繁，工作环境差，位置变送器损坏频繁，故更换为拉杆式位置变送器。平移梁位置变送器在2001年10月由于检测不准确，影响钢坯炉内跟踪、出钢等控制功能。因原P-75A型位置变送器购买困难，现更换为LWG750型位置变送器。位置变送器检测原理基本相同，更换方案也基本相同，现就平移梁位置变送器更换为例，加以说明。

      （1）   把平移梁手动移到最前位，停止，在主控室编程器上记下RMC1:AI3.8/ZT4此时的输出值X1；

      （2）   把新的LWG750型位置变送器换上，接线，固定拉杆；

      （3）   在主控室编程器上修改AI3.8/ZT4数据库元素的转换参数：由450改为750；

      （4）   重新观察此时输出值X2，记下；

      （5）   修改位置变送器基准调整参数，通过RMC1:PC3.1.4:2,进行具体方案是：新值=原值+（X2-X1）;

      （6）   装钢测试，建议装钢一只或两只；

      （7）   调试程序。

      五、结束语

      位置变送器具有接线简单，维护方便，性能稳定等特点。由于位置变送器检测准确性的提高，使架势炉加热能力达到设计要求，节能降耗成果明显，大大减轻了操作人员的劳动强度，为加热炉正常稳定烧钢出钢创造了有利条件，也为其安全操作提供了科学依据，确保加热炉安全、稳定、可靠的运行。