管建峰，黃亞東

（常熟理工學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

生產(chǎn)實踐·應(yīng)用技術(shù)

基于GSM遠(yuǎn)程控制鋼管穿孔斜底爐推鋼機(jī)系統(tǒng)設(shè)計★

管建峰，黃亞東

（常熟理工學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

針對專門為企業(yè)設(shè)計的熱穿孔車間加熱爐專用手機(jī)遠(yuǎn)程推鋼機(jī)，介紹其推鋼機(jī)結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程詢答控制的方式。此推鋼機(jī)實現(xiàn)了具有智能化和人性化的專用設(shè)備的設(shè)計制造及應(yīng)用，達(dá)到智能控制爐溫并保持爐溫在一定的范圍內(nèi)，有效預(yù)防了鋼坯因溫度不到位造成穿孔時偏心報廢。

推鋼機(jī) 遠(yuǎn)程控制 GSM 單片機(jī)

常熟市盈豐鋼管有限公司生產(chǎn)荒管，荒管生產(chǎn)前要對管坯料進(jìn)行加熱，所用燃?xì)馐撬簹猓訜釄A鋼料正常溫度在1 230～1 250℃，并要求適當(dāng)保溫，讓內(nèi)外鋼溫加熱均勻，防止穿孔后出現(xiàn)較大的偏心質(zhì)量問題。為此設(shè)計了一套遠(yuǎn)程控制及系統(tǒng)自動溫度控制、時間控制的專用推鋼機(jī)系統(tǒng)。

1 推鋼機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

此款專用推鋼機(jī)主要用于斜底爐爐前側(cè)面推鋼，通過推鋼機(jī)輸出動力，逐步將爐內(nèi)的鋼坯從側(cè)面推出，鋼坯推出后進(jìn)入滾道，后續(xù)進(jìn)行穿孔處理。鏈輪傳動式推鋼機(jī)，傳動結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)，推力也較大。根據(jù)車間使用的經(jīng)驗，推力在0.2 MN以上時，一般采用鏈輪傳動式推鋼機(jī)較適宜，使用可靠［1］。

專用推鋼機(jī)由電機(jī)、擺線針輪減速器、鏈傳動系統(tǒng)、推桿系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和機(jī)架等組成；控制系統(tǒng)由溫控系統(tǒng)和GSM遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成，該機(jī)器推行平穩(wěn)、推力大，可推進(jìn)雙排坯料。鏈輪傳動推鋼機(jī)的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、推力大、造價低、維修維護(hù)方便。該推鋼機(jī)外形如下頁圖1所示。

1.1 機(jī)架設(shè)計

機(jī)架主要用型材按照一定的結(jié)構(gòu)焊接連接而成，結(jié)構(gòu)比較簡單，但對工字導(dǎo)軌要求有一定的平行度。1.2 推桿結(jié)構(gòu)設(shè)計

推桿工作中會受到齒條推力、鋼板阻力、壓輪壓力等復(fù)雜力系的作用，要求強(qiáng)度、剛度要高，結(jié)構(gòu)要可靠，耐高溫，一般采用箱型梁鋼板焊接結(jié)構(gòu)。本設(shè)計需要在溫度1 200～1 300℃下高頻間斷性工作，45號鋼熔點為1 495℃左右，且價格低廉，完全適用，因此選擇推杠桿結(jié)構(gòu)用45號鋼管焊接，中間加頂撐結(jié)構(gòu)即可。

1.3 推鋼桿的冷卻

因推鋼桿長時間在高溫下工作，為延長使用壽命需要冷卻，避免出現(xiàn)長時間加熱。本設(shè)計利用水冷法，通過水流持續(xù)輸出輸入達(dá)到冷卻效果。采用上口進(jìn)水，下口出水以達(dá)到冷卻的效果。

2 爐溫控制的影響

在穿孔時鋼的溫度及鋼坯的溫度是否均勻?qū)Υ┛椎馁|(zhì)量影響比較大。溫度控制主要是過程溫度控制、終點溫度控制、均溫時間。如果爐膛溫度達(dá)到了加熱溫度則一般溫度在1 250℃，加熱保溫還有一定的時間要素，需要保溫，等到鋼坯的內(nèi)外溫度基本均勻后推鋼機(jī)方可推鋼進(jìn)行穿孔，但保溫時間也不能太長，防止鋼坯晶粒長大，或者出現(xiàn)過燒現(xiàn)象；如果溫度過低，出現(xiàn)不能穿孔或者穿孔出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，則會嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，所以要控制保溫溫度和一定的保溫時間，才能保證穿孔質(zhì)量。

3 電氣控制

3.1 本設(shè)計的要求及流程

爐內(nèi)檢測處溫度達(dá)到1 250℃，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到1 250℃時，由單片機(jī)和TC35通訊，由遠(yuǎn)程模塊通過GSM網(wǎng)路和手機(jī)進(jìn)行通訊，請示手機(jī)是否可以允許推鋼，在允許的指令下，按下按鈕，開始計時，10 s后小車前進(jìn)；如果許可指令不下，則按下按鈕，還是沒有推鋼動作；如果爐內(nèi)溫度達(dá)不到1 250℃，不會向手機(jī)發(fā)出請求指令，如果按下按鈕小車也不做任何動作；小車行進(jìn)到設(shè)定位置停止前進(jìn)，自動回到初始位置；如果溫度低于設(shè)定溫度1 250℃，則自動停止推鋼工作；當(dāng)溫度再達(dá)到設(shè)定溫度1 250℃時，第二次請求重新開始。以此反復(fù)，具體如圖2所示。

圖1 推鋼機(jī)構(gòu)正視圖（單位：mm）

圖2 流程控制圖

3.2 實施方法

當(dāng)推桿小車在原始位置時，按下啟動按鈕SB1，繼電器KT得電，開始計時，10 s后線圈KM1得電，接觸器KM1閉合，驅(qū)動電機(jī)M起動，同時小車前進(jìn)；當(dāng)推桿小車快進(jìn)到達(dá)A點時，光電傳感器S1收到信號，行程開關(guān)閉合，線圈KM2得電，接觸器KM2接通，電動機(jī)反轉(zhuǎn)；推桿小車回到原點，光電傳感器1收到信號，光電傳感器S2失電，小車停止運動，此時完成一次工作；當(dāng)行程開關(guān)SQ1合上，反轉(zhuǎn)控制電路斷開，電動機(jī)不得反轉(zhuǎn)。按下正轉(zhuǎn)啟動SB3，電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動了推鋼機(jī)前進(jìn)。到達(dá)終點時壓下行程開關(guān)SQ2，將SQ2動斷觸電斷開，推鋼機(jī)返回原位，具體電路原理如圖3所示。

圖3 電路原理圖

4 GSM遠(yuǎn)程控制原理

4.1 GSM通信模塊

GSM（Global System of Mobile communication的英文縮寫）是全球蜂窩系統(tǒng)中的一種。基于GSM發(fā)送短信給單片機(jī)，使得單片機(jī)接受短信并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后去控制開關(guān)使得推鋼機(jī)進(jìn)行開關(guān)，保持爐溫的穩(wěn)定，確保煉鋼爐達(dá)到設(shè)定溫度并保持固定的時間防止工人為了產(chǎn)量在未達(dá)到溫度時進(jìn)行下一步操作使得鋼材報廢。

操作方法：一臺平常使用的手機(jī)發(fā)送指令，單片機(jī)接受短信轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，同時控制與之相關(guān)的控制操作。

手機(jī)發(fā)送短信到單片機(jī)的具體步驟大概如下：用手機(jī)發(fā)條短信到GSM模塊；GSM模塊收到短信后并按照設(shè)置代碼運行設(shè)置的指令；在此指令下，將附一個值給變量參數(shù)，由此參數(shù)加載到單片機(jī)中進(jìn)行運算；根據(jù)運算結(jié)果調(diào)用指令將實行A/D轉(zhuǎn)換并由引腳發(fā)出。

4.2 工作原理

手機(jī)發(fā)送指令到GSM模塊，GSM模塊連接在STC8951單片機(jī)上，將手機(jī)的電信號通過A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閱纹瑱C(jī)接受指令。單片機(jī)接受指令后控制斜底爐推鋼機(jī)開關(guān)。同時熱電偶可以監(jiān)測爐溫，當(dāng)達(dá)到其所設(shè)定的溫度時，K型熱電偶WAN-440傳輸信號到單片機(jī)，單片機(jī)通過調(diào)動內(nèi)部設(shè)定的代碼發(fā)送信號給GSM模塊，GSM模塊在通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信到手機(jī)，詢問是否進(jìn)行下一步具體操作［1，2］。進(jìn)而解除了距離對于斜底爐推鋼機(jī)開關(guān)影響。整個系統(tǒng)的簡易框架圖具體如圖4所示。

圖4 簡易框架圖

5 系統(tǒng)元件具體功能

需要的元件：GSM模塊（西門子公司開發(fā)的TC35i）一個、STC89C51單片機(jī)一個、K型熱電偶WRN-440、電源模塊、固態(tài)繼電器。

設(shè)置短消息發(fā)送格式AT+CMGF=0＜CR＞，0表示PDU模式（當(dāng)前用漢字傳輸大多采用PDU模式，因而，發(fā)送的短信為中文時在參數(shù)初始設(shè)置應(yīng)采用PDU模式）＜CR＞為回車。

中心號碼由運營商提供。設(shè)置信息指令格式為：AT+CSCA=“86+8613966655666’”＜CR＞。完成后模塊返回＜CRLF＞OK＜CRLF＞。讀取短消息使用命令A(yù)T+CSCA=？ ＜CR＞。 TC35i模 塊 返 回 ：＜CRLF＞+CSCA：“8613966655666’”＜CRLF＞

短消息自動提醒設(shè)置：用CNMI指令，AT+CNMI=1，1，0，0，1＜CR＞

設(shè)置完成返回：＜CRLF＞OK＜CRLF＞

設(shè)置指令可以令模塊在收到消息后向串口發(fā)送命令：＜CRLF＞+CMTI：“SM”，INDEX＜CRLF＞

確保下列操作可以順利進(jìn)行：

模塊通電，AT指令與PC串口正常通信。

SIM卡上有話費，且可以登錄 GSM網(wǎng)絡(luò)（AT+CREG查詢，若返回1或5為正常）

AT+CMGF=0 完成設(shè)置

通過TC35i發(fā)送消息，發(fā)送的方法如下：串口調(diào)試可以輸入：AT+CMGS=“13962212345”＜CR＞（這個號碼為要發(fā)送的手機(jī)號碼）

此時可以看到大于號（＞）跳出，提示此時可以編輯消息內(nèi)容。

若想發(fā)送消息“開始執(zhí)行”，直接在大于號（＞）后面編輯就行了，PDU模式的數(shù)據(jù)以＜Z＞為結(jié)束符，在消息發(fā)送之后，返回到模塊：CRLF＞OK＜CRLF＞

通過TC35i接受消息，發(fā)送的方法如下：

接收串口指令：＜CRLF＞+CMTI：“SM”，INDEX＜CRLF＞

串口讀取PDU的AT指令：AT+CMGR=INDEX＜CRLF＞

為了防止SIM卡內(nèi)存不夠用，因此在執(zhí)行指令后應(yīng)刪除短信息。刪除指令為：AT+CMGDR=INDEX＜CRLF＞

在刪除過后返回模塊：CRLF＞OK＜CRLF＞

6 系統(tǒng)測試后的效果

將TC35i的輸出電平MAX232轉(zhuǎn)變?yōu)镽S232，連接串口且和PC機(jī)相連。令TC35保持接通狀態(tài)，打開PC機(jī)上串口調(diào)試助手，調(diào)試使得助手?jǐn)?shù)據(jù)為“波特率19200，沒有校驗位，8位為數(shù)據(jù)，1位為停止位”在設(shè)定好后，編輯AT指令然后回車再發(fā)送。若接受區(qū)返回OK，此時模塊正常。若接受區(qū)沒有返回，先檢測一下串口的選擇是否正確，同時注意在“十六進(jìn)制發(fā)送”不可以打鉤［3-7］。

7 結(jié)語

該溫控推鋼機(jī)的設(shè)計已于2013年申請了專利，專利號：ZL2013 2 0634279.x［2，8］。該專用設(shè)備采用熱電偶檢測溫度，采用了時間繼電器的延時保溫，采用的GSM手機(jī)操作和控制斜底爐的溫度控制，使用專用鏈?zhǔn)酵其摍C(jī)，采用水循環(huán)冷卻推桿系統(tǒng)，保證了穿孔質(zhì)量，同時避免了人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。這樣的遠(yuǎn)程操控和爐溫控制推鋼機(jī)設(shè)計對還在使用人力出鋼的熱穿孔車間企業(yè)具有廣泛的推廣價值。

［1］ 濮良貴，紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［2］ 管建峰.可遠(yuǎn)程控制的制冰系統(tǒng)：201320634278.5［P］. 2014-05-07.

［3］ 何光禹，李太全.基于TC35i GSM模塊的SMS設(shè)計和應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（16）：157-159.

［4］ 周永宏，滕軍.基于單片機(jī)與GSM模塊的電力設(shè)施防盜報警系統(tǒng)設(shè)計［J］.科學(xué)時代，2010（11）：78-79.

［5］ 車朝雄，趙彥敏.基于串口的手機(jī)收發(fā)短信的設(shè)計方法［J］.福建電腦，2006（2）：49-50.

［6］ 丘斌，李兵.GSM與分組交換共用數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的通信［J］.電信快報，1999（5）：9-10.

［7］ 王鋒，林建輝.GSM短信平臺的設(shè)計［J］.中國測試技術(shù)，2005（3）：101-102.

［8］ 管建峰.溫控推鋼機(jī)系統(tǒng)：201320634279.x［P］.2014-03-26.

（編輯：張偉）

Steel Pipe Perforation Sloping Hearth Furnace Steel Pusher Machine System Design Based on GSM Remote Control

Guan Jianfeng，Huang Yadong
（Changshu Institute of Technology，Changshu Jiangsu 215500）

This paper specially designs remote steel pusher in cellphones for heating furnace in hot piercing workshop in enterprises，mainly introduces structure of steel pusher，control system，way of remote enquiry-response control.This steel pusher realizes the design and manufacture and application of intelligence and humanization of special equipment so as to achieve intelligent control of furnace temperature and keep the temperature within a certain time to prevent the production of steel caused by internal and external temperature of different steel scrap.

steel pusher，remote control，GSM，SCM

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.16

TG333.3

A

1672-1152（2015）06-0045-03

2015-10-15

★專利號：ZL2013 2 0634279.x

管建峰（1967—），男，研究方向：機(jī)械電子專業(yè)，高級實驗師。