基于SFC的自動(dòng)上卷功能的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

馬艷陽(yáng)，翟周科，王小實(shí)，馬永軍

(1．陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710302;2．中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司 陜西 西安 710032)

1 前言

在板帶材生產(chǎn)線上，為了提高生產(chǎn)效率，設(shè)置自動(dòng)上卷裝置，以減少輔助的準(zhǔn)備時(shí)間。自動(dòng)上卷是高度對(duì)中、寬度對(duì)中和動(dòng)作過程順序控制的集合體，自動(dòng)上卷的關(guān)鍵指標(biāo)是卷材的卷徑和寬度的測(cè)量精度。

2 自動(dòng)上卷的基本原理與系統(tǒng)組成

自動(dòng)上卷是通過超聲波進(jìn)行卷徑測(cè)量、編碼器進(jìn)行位置控制、接近開關(guān)進(jìn)行位置檢測(cè)和PLC進(jìn)行順序控制來(lái)完成的。自動(dòng)上卷程序控制流程如圖1所示。

2.1 寬度自動(dòng)對(duì)中

光電開關(guān)配合編碼器進(jìn)行寬度對(duì)中。橫移小車在前進(jìn)過程中，當(dāng)鋼卷?yè)踝」怆婇_關(guān)，光電開關(guān)發(fā)訊，使安裝在橫移小車車輪上的絕對(duì)值編碼器開始計(jì)數(shù)(初始值為X0)，當(dāng)光電開關(guān)信號(hào)消失時(shí)，記錄下此時(shí)編碼器的數(shù)值(X1)，通過X1－X0計(jì)算出鋼卷的寬度，由于初始位置到開卷機(jī)卷筒中心位置固定不變?yōu)長(zhǎng)，可以計(jì)算出從初始位置到開卷機(jī)卷筒中心，橫移小車應(yīng)走的距離LX=L－(X1－X0)/2，便可以進(jìn)行寬度自動(dòng)對(duì)中。寬度對(duì)中控制模型如圖2所示。圖2中C點(diǎn)為寬度測(cè)量光電開關(guān)，上卷小車橫移位置由絕對(duì)式編碼器檢測(cè)。

2.2 高度自動(dòng)對(duì)中

可以通過超聲波結(jié)合接近開關(guān)進(jìn)行高度對(duì)中或利用超聲波結(jié)合編碼器進(jìn)行高度對(duì)中，以及利用光電開關(guān)組合進(jìn)行高度對(duì)中。

(1)利用超聲波結(jié)合接近開關(guān)進(jìn)行高度對(duì)中。此方法在進(jìn)行高度對(duì)中時(shí)所需時(shí)間較長(zhǎng)，上升小車必須下降到最低位才能進(jìn)行高度對(duì)中，且超聲波的量程增大。

(2)利用超聲波結(jié)合編碼器進(jìn)行高度對(duì)中。此種方法可以在任意位置進(jìn)行高度對(duì)中，并且極大縮短高度對(duì)中的時(shí)間，但成本比較高。

(3)利用光電開關(guān)組合進(jìn)行高度對(duì)中，此種方法可以在任意位置進(jìn)行高度對(duì)中，并且極大縮短高度對(duì)中的時(shí)間，成本比較低。高度對(duì)中控制模型如下圖3所示。

圖3中A、B兩點(diǎn)為測(cè)高光電開關(guān)，小車升降基準(zhǔn)是小車下極限位置，上卷小車升降位置由絕對(duì)式編碼器檢測(cè)。

圖3 高度對(duì)中控制模型Fig.3 Control model of automatic centering in height

本工程上卷最大卷徑為2 100 mm;最小卷徑為1 100 mm。臨界卷徑為1 380 mm。直徑大于1 380 mm的鋼卷可以在小車上升行程內(nèi)遮擋光電開關(guān)A，按照大卷參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與控制。直徑小于1 380 mm的鋼卷在小車上升到上極限時(shí)遮擋不住光電開關(guān)A，但已遮擋光電開關(guān)B，因此需按照小卷參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與控制。

通過測(cè)量可以得到Hx。

控制系統(tǒng)控制鋼卷下降Hy，實(shí)現(xiàn)鋼卷高度對(duì)中。

以上是以大卷為例進(jìn)行描述，如果小車上升之前開關(guān)A和開關(guān)B均透光，則說(shuō)明鋼卷比較小，小車上升遮擋住光電開關(guān)B后開始下降，小車在下降過程中，光電開關(guān)B透光，記錄Hx，同時(shí)將小卷徑參數(shù)H1與H3帶入式(1)與式(2)計(jì)算出Hy，完成高度對(duì)中。

2.3 操作方法

自動(dòng)上卷自動(dòng)操作過程中可以人工手動(dòng)干預(yù)。操作工只須將上卷打到自動(dòng)方式，按啟動(dòng)按鈕，PLC控制程序便自動(dòng)控制小車上升，先進(jìn)行寬度測(cè)量，然后進(jìn)行測(cè)徑、高度對(duì)中，最后進(jìn)行寬度對(duì)中，完成整個(gè)自動(dòng)上卷。

2.4 PLC程序的實(shí)現(xiàn)

使用Siemens step7或pcs7來(lái)編寫程序，采用梯形圖或CFC編寫邏輯控制，采用SFC來(lái)編寫順序控制。部分控制程序如圖4、圖5所示。

3 影響自動(dòng)上卷的因素

影響自動(dòng)上卷不準(zhǔn)確的因素主要集中在以下兩方面:

圖4 CFC編寫的編碼器計(jì)數(shù)部分Fig.4 Encoder count section compiled with CFC

圖5 SFC編寫的順控部分g.5 Sequence control section compiled with SFC

(1)硬件系統(tǒng)故障率高，工作不可靠。原因是有些傳感器的性能不良、容易損壞，或者安裝位置不合適，造成自動(dòng)上卷無(wú)法進(jìn)行。

傳感器的精度和安裝位置直接決定了自動(dòng)上卷的效果。例如安裝在小車車輪上的編碼器出現(xiàn)打滑時(shí)，就會(huì)影響高度和寬度的測(cè)量;當(dāng)超聲波安裝初始位置改變時(shí)，就會(huì)影響計(jì)算數(shù)據(jù)。因此，在設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)加以重視，選擇世界上的知名品牌(P+F、圖爾克等)保證傳感器自身壽命;另外，傳感器的安裝設(shè)計(jì)應(yīng)該重視調(diào)整、更換的方便性，適當(dāng)增加保護(hù)機(jī)構(gòu)以防止意外撞壞。

(2)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中液壓閥的選型問題。一般的上卷小車升降采用油缸驅(qū)動(dòng)，選用三位的開關(guān)閥，當(dāng)不同重量來(lái)料的鋼卷其緩沖不同，造成自動(dòng)上卷停位不準(zhǔn)。

解決這種問題的方法是選用精度高的比例閥，避免開關(guān)閥的缺點(diǎn)，以達(dá)到高精度要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)上卷在平整機(jī)和軋機(jī)上的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來(lái)了效益。在今后工程設(shè)計(jì)中注意以上影響因素，合理的配置，自動(dòng)上卷功能一定能得到充分的應(yīng)用。