寬厚板碼垛機(jī)自動控制模型的研究與實(shí)現(xiàn)

張麗，康凱，劉愛強(qiáng)

（萊鋼集團(tuán)有限公司 山東 萊蕪271104）

1 引言

萊鋼寬厚板精整區(qū)位于定尺剪之后，包括1號、3～6號碼垛機(jī)，3～6號橫移臺架。精整區(qū)采用德國西門子S7－400控制系統(tǒng)，精整區(qū)的鋼板下線速度直接影響剪切線甚至整個軋線的生產(chǎn)節(jié)奏。精整區(qū)碼垛機(jī)通過從輥道上連續(xù)提升鋼板來實(shí)現(xiàn)碼垛。所有的碼垛機(jī)包括2個輥道組，碼垛機(jī)是一個有提升裝置的橋式移動吊車，裝有N個單獨(dú)的磁頭。這些磁頭根據(jù)鋼板長度單獨(dú)勵磁。碼垛機(jī)可以提升和傳輸入口輥道上單個的鋼板也可以提升以一個堆為單位的鋼板。碼垛鋼板必須不超過80mm的最大堆疊厚度，或者在數(shù)量上不超過8塊鋼板。輥道停下來之后，在碼垛橋架下面的鋼板通過碼垛機(jī)降低磁頭、勵磁而被提升。磁頭將堆積鋼板轉(zhuǎn)向下線區(qū)域直到碼垛完成。

目前，1號碼垛機(jī)連接5號橫移臺架，過跨輥道，6號橫移臺架作為其中的一條下線路徑，能夠?qū)崿F(xiàn)鋼板自動下線。3號、4號碼垛機(jī)配合行車作為另外兩條下線路徑，不能夠?qū)崿F(xiàn)全自動。原因主要有2方面：程序無法判斷鋼板下線垛位上的鋼板高度，隨著下線鋼板數(shù)量增加，下線垛位上的鋼板高度也隨之變化，所以自動模式下無法完成下線區(qū)域下降高度的自動定位；碼垛機(jī)在下線區(qū)與行車存在交叉作業(yè)的情況。如果碼垛機(jī)自動橫移，在某些情況下存在與行車發(fā)生碰撞的可能。因此，寬厚板3號、4號碼垛機(jī)在現(xiàn)階段無法實(shí)現(xiàn)全自動，只能使用半自動模式。即碼垛機(jī)在提到高位時可自動向輥道區(qū)域動作并自動下降吸鋼，將鋼板吸起脫離輥道后，轉(zhuǎn)為手動模式，由操作工手動下線。經(jīng)過長時間過鋼生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)此種方式效率低下，無法滿足生產(chǎn)的需要，影響剪切及鋼板下線節(jié)奏，成為制約生產(chǎn)的瓶頸。因此制定研究方案，對碼垛機(jī)自動控制程序進(jìn)行優(yōu)化，建立自動模型，實(shí)現(xiàn)鋼板自動下線。

2 自動控制模型的設(shè)計(jì)研究與實(shí)現(xiàn)

針對上述不能實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)全自動下線的2點(diǎn)原因，我們從硬件軟件兩方面入手，制定相應(yīng)的研究設(shè)計(jì)方案，包括數(shù)據(jù)的實(shí)時采集和程序優(yōu)化。

2.1 數(shù)據(jù)的實(shí)時采集

針對程序無法自動判斷下線垛位上的鋼板高度，我們利用激光遙感測距原理，在碼垛機(jī)橫梁區(qū)域增加激光測距儀，如圖1所示，當(dāng)下線垛位上的鋼板高度不斷增加時，激光測距儀的檢測數(shù)值也隨之改變。這樣便可對下線垛位上的鋼板高度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集，同時程序中做出數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、判斷、篩選和計(jì)算，當(dāng)碼垛機(jī)運(yùn)行至此區(qū)域后，根據(jù)實(shí)際存在的鋼板高度來決定磁頭下降的高度從而為實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)全自動控制程序優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

圖1 碼垛機(jī)硬件設(shè)計(jì)改造圖Fig.1 Remould diagram of bundler hardware design

2.2 程序優(yōu)化

精整區(qū)碼垛機(jī)控制系統(tǒng)采用SIMATIC S7－400PLC，帶有經(jīng)PROFIBUS連接的I／O ET200S遠(yuǎn)程I／O模板。程序中，建立數(shù)據(jù)實(shí)時采集程序結(jié)構(gòu)，同時設(shè)定下線區(qū)域和垛鋼板的最大高度參數(shù)。當(dāng)測量數(shù)據(jù)高于設(shè)定數(shù)據(jù)時，通過程序邏輯的判斷禁止碼垛機(jī)橫移并將操作鎖定，同時向行車發(fā)出吊鋼安全指示。當(dāng)操作人員確認(rèn)現(xiàn)場可以繼續(xù)下線后需要在操作畫面上確認(rèn)，之后碼垛機(jī)恢復(fù)使用狀態(tài)。這樣避免與行車交叉作業(yè)產(chǎn)生相撞的危險。數(shù)據(jù)實(shí)時采集的程序結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)實(shí)時采集程序結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of data real－time collect programme

通過以上硬件設(shè)計(jì)及軟件優(yōu)化建立起碼垛機(jī)自動控制模型，實(shí)現(xiàn)了碼垛機(jī)控制系統(tǒng)的全自動。此外，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，分析工藝，優(yōu)化碼垛機(jī)控制時序，使之更加合理。優(yōu)化之前，碼垛機(jī)原始位置是下線區(qū)，其自動過程為：碼垛機(jī)從下線區(qū)域橫移至輥道區(qū)，然后下降勵磁吸鋼，提升橫移至下線區(qū)，下降去磁放鋼，整個順控結(jié)束。優(yōu)化之后，將碼垛機(jī)原始位置改為輥道區(qū)，其自動過程為：碼垛機(jī)下降勵磁吸鋼，提升橫移至下線區(qū)，下降去磁放鋼，回到輥道區(qū)，整個順控結(jié)束。見圖3。

圖3 優(yōu)化前后順控示意圖Fig.3 Sequence control schematic diagram before and after optimizing

可以明顯看出，通過調(diào)整時序，優(yōu)化之后的模型減少了鋼板到位后等待碼垛機(jī)從下線區(qū)域橫移至輥道區(qū)的時間，從而使碼垛機(jī)自動控制模型更加完善。應(yīng)用生產(chǎn)后，平均每支母板節(jié)省下線時間約10s，即使將來剪切線提高速率也將極大滿足其下線要求。

3 結(jié)論

綜上所述，通過增設(shè)硬件設(shè)施和對軟件的程序優(yōu)化，使得碼垛機(jī)自動控制模型得以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于生產(chǎn)后加快了鋼板下線節(jié)奏，大大提高了生產(chǎn)作業(yè)率，解決了制約生產(chǎn)的瓶頸。

［1］劉穎明.型鋼碼垛機(jī)自動控制系統(tǒng)的位置檢測與變頻器控制［J］.沈陽師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2004，22（3）：190－192.

［2］李軍，付永領(lǐng)，王亮，等.基于PLC的型鋼打捆機(jī)控制系統(tǒng)的研制［J］.電氣傳動，2004，34（5）：43－45.

［3］李景學(xué)，金廣業(yè).可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1995.

［4］唐志勇，李萬鈺，裴忠才，等.棒材打捆機(jī)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.冶金自動化，2000，24（4）：34－36.