包鋼寬厚板連鑄翻坯機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李東明

摘 要：本文概括介紹了寬厚板連鑄機(jī)生產(chǎn)出的連鑄板坯需要對(duì)其上下表面進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量缺陷檢查。由于寬厚板坯十分厚重，目前只能用吊車(chē)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，效率很低而且容易造成安全事故。為了解決對(duì)板坯下表面檢查困難的問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了這套自動(dòng)翻坯機(jī)系統(tǒng)。本項(xiàng)目通過(guò)選用一套西門(mén)子PLC S7-300控制系統(tǒng)以及接近開(kāi)關(guān)等自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，并編制相應(yīng)的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻坯。該系統(tǒng)的投入使用在節(jié)省了人力的同時(shí)，又提高了設(shè)備的使用壽命。本文主要針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型及實(shí)際施工進(jìn)行了說(shuō)明，并對(duì)調(diào)試的全過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的描述和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：連鑄機(jī)；翻坯機(jī)；表面質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TG335 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.工藝要求

首先，與相關(guān)工藝操作人員進(jìn)行溝通，了解翻坯的工藝流程及相關(guān)要求。制作并畫(huà)出翻坯機(jī)翻坯時(shí)序圖，具體翻坯過(guò)程描述如下。

完成一塊板坯翻轉(zhuǎn)，整個(gè)設(shè)備動(dòng)作分為下列幾個(gè)步驟：

第一步，吊車(chē)將板坯放置于翻坯臂一側(cè)的支撐墩（由同設(shè)備基礎(chǔ)固連的兩塊豎直板坯）及支撐梁（支撐梁架在兩側(cè)的框架上）上。

第二步，受坯臂翻轉(zhuǎn)至“受坯位”（約旋轉(zhuǎn)93°—最終準(zhǔn)確翻轉(zhuǎn)角度通過(guò)調(diào)試確定），停止，等待翻坯臂翻轉(zhuǎn)。

第三步，翻坯臂翻轉(zhuǎn)鋼坯至“交接位”（約旋轉(zhuǎn)87°—最終準(zhǔn)確翻轉(zhuǎn)角度通過(guò)調(diào)試確定），停止。

第四步，受坯臂同翻坯臂共同翻轉(zhuǎn)約5°（最終準(zhǔn)確翻轉(zhuǎn)角度通過(guò)調(diào)試確定），實(shí)現(xiàn)鋼坯的交接。此過(guò)程兩臂的動(dòng)作可能需設(shè)置若干秒的時(shí)間差，調(diào)試時(shí)確定。

第五步，受坯臂回落至原始位，翻轉(zhuǎn)的板坯落于受坯臂一側(cè)的支撐墩（由同設(shè)備基礎(chǔ)固連的兩塊豎直板坯）及支撐梁（支撐梁架在兩側(cè)的框架上）上。

第六步，翻坯臂回落至原始位。

特別要求說(shuō)明：第6步?jīng)]必要等第5步完全執(zhí)行完畢后才開(kāi)始進(jìn)行，可以等5步開(kāi)始后15秒左右（調(diào)試時(shí)確定），就可以開(kāi)始。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備東側(cè)為受坯臂，西側(cè)為翻坯臂。

“自動(dòng)”控制方式和“手動(dòng)”控制方式均需要。因翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，靠人工觀察無(wú)法準(zhǔn)確控制角度及準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)雙臂共同翻轉(zhuǎn)，極易損傷設(shè)備，所以翻坯機(jī)工作過(guò)程中同時(shí)翻坯需以自動(dòng)控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，即按自動(dòng)翻轉(zhuǎn)鍵后，上述第4個(gè)步驟自動(dòng)開(kāi)始執(zhí)行完成板坯翻交換臂。發(fā)現(xiàn)異常情況需及時(shí)拍下急停按鈕以保護(hù)設(shè)備，操作人員必須完成一次完整的操作步驟后才能離開(kāi)。

因翻坯臂及受坯臂一旦配合不好，極易損傷設(shè)備，所以建議在翻轉(zhuǎn)軸的兩端均設(shè)置極限開(kāi)關(guān)（或旋轉(zhuǎn)角度傳感器），以實(shí)現(xiàn)有備用開(kāi)關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)一旦在用的故障使翻臂不能停下來(lái)時(shí)，備用接近開(kāi)關(guān)（角度傳感器）能夠使其停下來(lái)，不至于損傷設(shè)備。

2.設(shè)備選型

電源取自：二切輥道西側(cè)檢修電源箱（獨(dú)立電源220V），柜內(nèi)轉(zhuǎn)換電源選用的是西門(mén)子SITOP電源模塊6EP1 334-2BA01（220V～24V）1塊。

模板選?。何鏖T(mén)子S7-300系列模板，輸入輸出I/O點(diǎn)位如表1所示。選用以下幾個(gè)模塊：處理器模塊：CPU 315-2DP 315-2AG10-0AB0 1塊；數(shù)字量輸入模塊DI32*DC24V 321-1BL00-0AA0 1塊；數(shù)字量輸出模塊DO32*DC24V/0.5A322-1BL00-0AA0 1塊。

位置檢測(cè)器件：備選方案包括：（1）線性直線位移傳感器；（2）增量型旋轉(zhuǎn)編碼器；3.兩線制接近開(kāi)關(guān)。最終在能夠達(dá)到檢測(cè)精度的條件下，為了降低費(fèi)用、節(jié)約成本，我們選用了價(jià)格比較便宜的兩線制接近開(kāi)關(guān)。接近開(kāi)關(guān)選取的是天津森特耐公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)距離為15mm直徑為30mm的產(chǎn)品，可以起到相對(duì)良好的精度。翻坯臂升降為液壓控制，選取4個(gè)比例閥接線控制升降。

綜合以上，備件包括（西門(mén)子PLCS7-300系統(tǒng)模板及接近開(kāi)關(guān)、按鈕、現(xiàn)場(chǎng)操作機(jī)柜等）；材料包括（連接電纜，電纜防護(hù)套管，膨脹螺絲，焊接支架等）總計(jì)費(fèi)用需要大概6000元左右。

3.施工方案

根據(jù)工藝操作要求選好控制及檢測(cè)設(shè)備后，制定施工方案。首先將所有需要的備件材料領(lǐng)回，量好備件尺寸及機(jī)柜尺寸。畫(huà)圖設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)操作控制柜。合理安排按鈕及指示燈的位置。根據(jù)圖紙?jiān)诓僮鳈C(jī)柜面板上用標(biāo)準(zhǔn)口徑開(kāi)孔器進(jìn)行開(kāi)孔。合理安排控制柜內(nèi)部PLC各模板及相關(guān)電源開(kāi)關(guān)插座。

根據(jù)布置圖繪制接線圖，按要求規(guī)范配接線。接線完成后，先用萬(wàn)用表進(jìn)行絕緣校驗(yàn)，防止出現(xiàn)短路或接地現(xiàn)象。檢查結(jié)束后送電觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。最初，新上設(shè)備時(shí)，由于工期比較緊張，為了盡快完成翻坯任務(wù)，我們只預(yù)留了自動(dòng)控制按鈕及接口，簡(jiǎn)單制作完成了系統(tǒng)的手動(dòng)操作部分。系統(tǒng)上線后還不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻坯，手動(dòng)控制翻坯的缺點(diǎn)又是顯而易見(jiàn)的。需要現(xiàn)場(chǎng)必須有人實(shí)時(shí)監(jiān)控，占用了人力的同時(shí)，配合不準(zhǔn)確還會(huì)損傷設(shè)備。

4.程序編制

安裝西門(mén)子STEP 7編程軟件后，程序的編制可以根據(jù)工藝要求及選用硬件的情況，提前編制或與硬件安裝同時(shí)進(jìn)行。打開(kāi)STEP 7軟件，先進(jìn)行硬件組態(tài)。將所有S7-300 CPU模板及數(shù)字量輸入輸出模板按序列號(hào)組態(tài)至系統(tǒng)中。硬件組態(tài)完成之后，就可以編制相應(yīng)的程序了。本項(xiàng)目選取的檢測(cè)設(shè)備比較經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，所以在STEP 7中使用梯形圖來(lái)完成系統(tǒng)程序的編制。梯形圖邏輯性可視性強(qiáng)，便于后期的運(yùn)行調(diào)試能夠更好的完成。

5.現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

將在筆記本電腦中編制好的硬件組態(tài)及控制程序下載到PLC。下載完成之后，將PLC打到運(yùn)行狀態(tài)。在筆記本STEP 7程序運(yùn)行界面點(diǎn)開(kāi)監(jiān)控，觀察系統(tǒng)動(dòng)作運(yùn)行情況是否正常。

按照功能描述的動(dòng)作來(lái)進(jìn)行操作，在操作的過(guò)程中測(cè)試程序是否能夠正確運(yùn)行符合現(xiàn)場(chǎng)翻坯的要求。在到達(dá)即將翻坯位時(shí)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整接近開(kāi)關(guān)的位置。

翻坯機(jī)翻坯操作步驟：

系統(tǒng)上電后，選擇選擇開(kāi)關(guān)選“手動(dòng)”，同時(shí)按下“受坯臂上升”、“翻坯臂上升”按鈕，等待兩個(gè)臂到達(dá)受坯位。到合適的位置時(shí)，調(diào)整接近開(kāi)關(guān)將該位置粗略的找到。接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到受坯位時(shí)，受坯位在面板上對(duì)應(yīng)的指示燈會(huì)亮起，對(duì)應(yīng)的臂會(huì)自動(dòng)停止上升。為了防止意外過(guò)翻造成板坯砸傷設(shè)備，必須觀察受坯臂要先到位，上下并列安裝了2個(gè)接近開(kāi)關(guān)起到雙重的保護(hù)作用。

選擇開(kāi)關(guān)選“自動(dòng)”，同時(shí)按下“自動(dòng)開(kāi)始”按鈕。此時(shí)兩臂自動(dòng)翻坯（受坯臂下降，翻坯臂上升）。直到板坯從翻坯臂翻交到受坯臂后，兩臂停止運(yùn)行。自動(dòng)翻轉(zhuǎn)在程序中是靠時(shí)間繼電器上電延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以對(duì)應(yīng)的時(shí)間根據(jù)液壓系統(tǒng)運(yùn)行的速度要進(jìn)行計(jì)算，調(diào)試過(guò)程中要反復(fù)試驗(yàn)將合適的時(shí)間找出，以求穩(wěn)定及準(zhǔn)確的自動(dòng)翻坯。

選擇開(kāi)關(guān)選“手動(dòng)”，按下“受坯臂下降”，將反過(guò)來(lái)的板坯放至原位；按下“翻坯臂下降”按鈕將翻坯臂放至原位。兩液壓缸回到原位系統(tǒng)翻坯結(jié)束，兩側(cè)的原位接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到位置，給系統(tǒng)發(fā)翻坯結(jié)束信號(hào)，操作控制箱上對(duì)應(yīng)的原位信號(hào)燈亮起。

特別注意：

（1）操作過(guò)程未完成，操作人員不得離開(kāi)操作現(xiàn)場(chǎng)。發(fā)生問(wèn)題保證立刻拍急停按鈕。

（2）禁止翻熱坯子。

結(jié)語(yǔ)

正是例如西門(mén)子S7-300、400這些先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)在工廠中廣泛應(yīng)用，才使得現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。提高了自動(dòng)化程度，給工廠取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我們必須在國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)前提下，不斷的對(duì)其進(jìn)行消化和吸收，加以靈活運(yùn)用，完成創(chuàng)新開(kāi)發(fā)，把我們現(xiàn)有的設(shè)備運(yùn)行調(diào)整的更加完善。

本系統(tǒng)的不完善之處：使用西門(mén)子STEP7設(shè)計(jì)一個(gè)功能較多的應(yīng)用程序，由于經(jīng)驗(yàn)不足，雖然設(shè)計(jì)的基本功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但是還有很多不完善的內(nèi)容，有待于提高。例如，為了節(jié)省費(fèi)用，選用接近開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)位置精度明顯不夠。今后還可以進(jìn)行改善，使用精度更高的直線位移傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)進(jìn)行更加精確的自動(dòng)控制。

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