一種用于棒材廠出爐輥道調(diào)控的系統(tǒng)

諶斌霞

(湖南博長(zhǎng)控股集團(tuán)冷水江市鋼鐵有限責(zé)任公司,湖南 冷水江417500)

1 背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工廠的生產(chǎn)率不斷提高、生產(chǎn)節(jié)奏不斷加快,可以進(jìn)一步降低企業(yè)成本,其中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)便是減少工件在生產(chǎn)線上的流轉(zhuǎn)程序與時(shí)間。

棒材廠加熱爐出爐輥道共計(jì)有4 段輥道,每段有8 個(gè)輥道,傳動(dòng)形式為4KW 電機(jī)帶減速機(jī),再由減速機(jī)通過(guò)皮帶帶動(dòng)輥道將加熱爐加熱好的鋼坯運(yùn)送到軋機(jī)進(jìn)行軋制。原來(lái)由操作工手動(dòng)操作輥道啟停,存在輥道送鋼不連續(xù),節(jié)奏時(shí)快時(shí)慢很不穩(wěn)定,影響產(chǎn)量。有時(shí)停鋼位置不好容易造成皮帶打滑,需要經(jīng)常調(diào)整皮帶以及更換皮帶,造成維修人員勞動(dòng)量大且備件消耗較大。如果將出爐輥道改為自動(dòng)控制,將大大減輕操作人員的操作難度,且能將生產(chǎn)節(jié)奏控制的較好,有利于提高產(chǎn)量,同時(shí)又減輕了設(shè)備的維護(hù)。這樣對(duì)輥道自動(dòng)控制提出以下要求：

(1)輥道能自動(dòng)送鋼,且連續(xù)性較高；

(2)減少輥道頻繁啟停；

(3)減少皮帶的調(diào)整及更換；

(4)可以有效保證生產(chǎn)過(guò)鋼節(jié)奏,控制好連軋兩支鋼之間的距離。

2 系統(tǒng)介紹

整個(gè)系統(tǒng)包括：出爐輥道〔1〕、出爐輥道〔2〕、出爐輥道〔3〕、出爐輥道〔4〕、熱金屬檢測(cè)儀〔5〕、軋線首機(jī)架〔6〕,如圖1 所示；西門(mén)子PLC 系統(tǒng)程序〔7〕,如圖2 所示、電腦WinCC 操作畫(huà)面〔8〕,如圖3 所示。

2.1 熱金屬檢測(cè)儀介紹

熱金屬檢測(cè)儀(代號(hào)HMD)主要用于冶金工業(yè)系統(tǒng)中,通過(guò)對(duì)高溫工件的檢測(cè),判斷工件的運(yùn)動(dòng)位置,輸出一控制用開(kāi)關(guān)信號(hào)。它具有以下特點(diǎn)：(1)可在較惡劣的環(huán)境下工作(如高溫、潮濕、水霧、粉塵等環(huán)境中)；(2)可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)可靠工作；(3)檢測(cè)儀為電源、控制器、輸出一體化,安裝方便。

原理：檢測(cè)儀接收由高溫物體發(fā)射出來(lái)的紅外光,經(jīng)光學(xué)部分進(jìn)行聚焦,成像到光敏器件上,把光能轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)電子線路處理,輸出一組對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)到控制器(即PLC),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。

2.2 調(diào)控系統(tǒng)的安裝與運(yùn)行

圖1 熱金屬檢測(cè)儀安裝位置圖

圖2 西門(mén)子PLC 輥道自動(dòng)控制編程圖

圖3 西門(mén)子WinCC 操作畫(huà)面輥道啟動(dòng)與運(yùn)行時(shí)間設(shè)定圖

出爐輥道承擔(dān)的任務(wù)是將加熱好的鋼坯送往軋機(jī)軋制,對(duì)速度沒(méi)有過(guò)高要求使其不需要變頻器控制,只需要采用傳統(tǒng)的三檔轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)以及對(duì)應(yīng)的接觸器控制正反轉(zhuǎn)就能滿足要求,但是這樣對(duì)于鋼坯在出爐輥道上的擺放位置控制不是很精準(zhǔn),完全依賴于操作工的大致判斷,很難控制好生產(chǎn)節(jié)奏,因此有必要通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼坯的準(zhǔn)確定位。

整個(gè)控制過(guò)程分為三個(gè)階段：

第一階段：熱金屬檢測(cè)儀〔5〕安裝于出爐輥道〔4〕的中間位置,在軋線連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中,軋線上有一支鋼坯在軋制。第二支鋼坯通過(guò)出爐輥道〔1〕與出爐輥道〔2〕送到出爐輥道〔3〕上擺放,處于待軋狀態(tài)。

第二階段：軋線首機(jī)架〔6〕所軋制前一支鋼坯的尾部離開(kāi)熱金屬檢測(cè)儀〔5〕,西門(mén)子PLC 系統(tǒng)根據(jù)熱金屬檢測(cè)儀〔5〕到首機(jī)架〔6〕的距離與軋線首機(jī)架〔6〕的速度能夠計(jì)算出前一支鋼坯離開(kāi)軋線首機(jī)架〔6〕的時(shí)間,在倒計(jì)時(shí)的某一時(shí)刻啟動(dòng)出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕正轉(zhuǎn)運(yùn)送后一支鋼坯,當(dāng)鋼坯到達(dá)熱金屬檢測(cè)儀〔5〕位置時(shí)西門(mén)子PLC 系統(tǒng)根據(jù)圖3〔1〕所設(shè)置的時(shí)間啟動(dòng)時(shí)間繼電器,時(shí)間繼電器計(jì)時(shí)完成后分?jǐn)喑鰻t輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕接觸器的電源,從而使后一支鋼坯剛好停在軋線首機(jī)架〔6〕前面一點(diǎn)的位置。由于鋼坯重達(dá)1 噸多,因此在輥道自由停車的情況下鋼坯所停位置幾乎沒(méi)有變化。

第三階段：待到前一支鋼坯完全離開(kāi)軋線首機(jī)架〔6〕時(shí),出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕再次正轉(zhuǎn)啟動(dòng)運(yùn)送后一支鋼坯到達(dá)軋線首機(jī)架〔6〕進(jìn)行軋制。軋線首機(jī)架〔6〕咬入后一支鋼坯后出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 控制系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)主要通過(guò)新增一處熱金屬檢測(cè)儀,利用其信號(hào)參與到控制過(guò)程中,同時(shí)利用了原來(lái)的西門(mén)子PLC 系統(tǒng)以及電腦的西門(mén)子WinCC 操作畫(huà)面,通過(guò)軟件編程的方式來(lái)達(dá)到自動(dòng)控制出爐輥道以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鋼的目的。

西門(mén)子S7-400 系列可編程控制器為中大型工業(yè)工程提供可靠的支持,棒材廠軋線設(shè)計(jì)單位采用此系統(tǒng)非常成熟,將出爐輥道三檔轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的DC24V 開(kāi)關(guān)量信號(hào)接入其數(shù)字量輸入模塊,通過(guò)編程控制其數(shù)字量,輸出模塊輸出DC24V 控制信號(hào)到小型中間繼電器,再通過(guò)中間繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)將AC220V輸出給出爐輥道的主接觸器,從而帶動(dòng)出爐輥道轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)送鋼坯。S7-400 系統(tǒng)的CPU416 模塊、數(shù)字量輸入模塊、輸出模塊以及中間繼電器安裝于主控室PLC 柜中,而出爐輥道主接觸器安裝于低配室MCC 柜中,現(xiàn)場(chǎng)附近的分電箱有每一個(gè)輥道的開(kāi)關(guān)以方便檢修。

編程時(shí),用距離除以速度得到時(shí)間后,必須將時(shí)間轉(zhuǎn)換為S5 格式以便于后續(xù)程序中定時(shí)器使用,由于西門(mén)子S7-400 中定時(shí)器計(jì)時(shí)是采用倒計(jì)時(shí)的方式,因此需要通過(guò)“小于”邏輯來(lái)判斷第二階段中的某一時(shí)刻啟動(dòng)出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕正轉(zhuǎn),這需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)前一支鋼尾部完全離開(kāi)出爐輥道〔4〕來(lái)編程設(shè)置,如果前一支鋼尾部沒(méi)有完全離開(kāi)出爐輥道〔4〕的情況下,由于輥道線速度為1.57m/s,而首架軋機(jī)的線速度通常在0.45～0.55m/s 范圍內(nèi),輥道輸送力遠(yuǎn)小于軋機(jī)軋制力,就會(huì)造成輥道負(fù)載過(guò)大電流超高,極易燒毀電機(jī)并引起傳動(dòng)皮帶過(guò)度磨損。

西門(mén)子WinCC 軟件是西門(mén)子控制系統(tǒng)中的人機(jī)界面組件,集生產(chǎn)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化于一體,實(shí)現(xiàn)了相互之間的整合,非常直觀地將生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線的狀況展示給操作人員。本系統(tǒng)中將圖3 中1 處“34#輥道熱檢延時(shí)”的時(shí)間編程做成輸入輸出域,放在主畫(huà)面首機(jī)架〔6〕左上方位置便于操作工隨時(shí)調(diào)整,輸入輸出域范圍調(diào)到0～5S,小數(shù)點(diǎn)設(shè)為2 位,由操作工根據(jù)設(shè)備狀況以及不同品規(guī)設(shè)置相應(yīng)時(shí)間參數(shù)。

4 主要調(diào)試參數(shù)

4.1 出爐輥道自動(dòng)控制系統(tǒng)主要增加一臺(tái)熱金屬檢測(cè)儀如圖1 中5,檢測(cè)儀在現(xiàn)場(chǎng)安裝于出爐輥道〔4〕段操作側(cè)的中間位置,在輥道側(cè)擋板上開(kāi)個(gè)φ150mm 的圓孔,以保證被檢測(cè)鋼坯在熱金屬檢測(cè)儀的視場(chǎng)內(nèi)。

4.2 熱金屬檢測(cè)儀安裝好后,使用米尺實(shí)地測(cè)量出圖1 中熱金屬檢測(cè)儀5 與首機(jī)架6 之間的距離作為PLC 的計(jì)算依據(jù)。

4.3 編程從PLC 原程序中讀取首機(jī)架〔6〕的線速度,如圖2所示編程用4.2 所測(cè)距離除以首機(jī)架〔6〕的線速度,從而計(jì)算出圖1 中1#鋼坯離開(kāi)首機(jī)架〔6〕的時(shí)間。

4.4 編程WinCC 操作畫(huà)面“34#輥道熱檢延時(shí)”如圖3 中1,操作工在首機(jī)架6 處肉眼觀察前后兩支鋼的間隔距離以調(diào)整時(shí)間參數(shù)。由于加熱爐加熱出來(lái)的鋼坯溫度有一些不同,以及輥道皮帶在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后會(huì)產(chǎn)生松弛現(xiàn)象,必然會(huì)影響后一支鋼坯的擺放位置,因此需要操作工根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)“34#輥道熱檢延時(shí)”參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到預(yù)期的效果。一般說(shuō)來(lái),將前后兩支鋼的間隔距離控制在200～300mm 比較合適,這樣既能保證生產(chǎn)節(jié)奏緊湊,又能避免兩支鋼挨得太近造成后續(xù)軋制過(guò)程中其它控制用熱金屬檢測(cè)儀無(wú)法分辨出前后兩支鋼從而引起廢鋼的事故。

5 結(jié)論

棒材廠出爐輥道調(diào)控系統(tǒng),通過(guò)采用現(xiàn)代的儀表及先進(jìn)可靠的PLC 控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)的技術(shù)升級(jí),已在冷水江鋼鐵有限責(zé)任公司應(yīng)用數(shù)年,運(yùn)行穩(wěn)定可靠。并于2019 年10 月20 日申請(qǐng)國(guó)家實(shí)用新型專利,且已取得專利證書(shū),證書(shū)編號(hào)為ZL 2019 2 1758068.0。本系統(tǒng)可以有效保證送鋼節(jié)奏、提高產(chǎn)量、防止皮帶打滑、降低了維修成本,同時(shí)減輕了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度,值得推廣應(yīng)用。