包鋼寬厚板連鑄翻坯機自動控制系統(tǒng)設(shè)計

李東明

摘 要：本文概括介紹了寬厚板連鑄機生產(chǎn)出的連鑄板坯需要對其上下表面進行嚴格的質(zhì)量缺陷檢查。由于寬厚板坯十分厚重，目前只能用吊車進行翻轉(zhuǎn)，效率很低而且容易造成安全事故。為了解決對板坯下表面檢查困難的問題，我們設(shè)計開發(fā)了這套自動翻坯機系統(tǒng)。本項目通過選用一套西門子PLC S7-300控制系統(tǒng)以及接近開關(guān)等自動檢測設(shè)備，并編制相應(yīng)的控制程序來實現(xiàn)自動翻坯。該系統(tǒng)的投入使用在節(jié)省了人力的同時，又提高了設(shè)備的使用壽命。本文主要針對系統(tǒng)設(shè)計選型及實際施工進行了說明，并對調(diào)試的全過程進行了詳細的描述和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：連鑄機；翻坯機；表面質(zhì)量

中圖分類號：TG335 文獻標識碼：A

1.工藝要求

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

完成一塊板坯翻轉(zhuǎn)，整個設(shè)備動作分為下列幾個步驟：

第一步，吊車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°—最終準確翻轉(zhuǎn)角度通過調(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°—最終準確翻轉(zhuǎn)角度通過調(diào)試確定），停止。

第四步，受坯臂同翻坯臂共同翻轉(zhuǎn)約5°（最終準確翻轉(zhuǎn)角度通過調(diào)試確定），實現(xiàn)鋼坯的交接。此過程兩臂的動作可能需設(shè)置若干秒的時間差，調(diào)試時確定。

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。

特別要求說明：第6步?jīng)]必要等第5步完全執(zhí)行完畢后才開始進行，可以等5步開始后15秒左右（調(diào)試時確定），就可以開始。

現(xiàn)場設(shè)備東側(cè)為受坯臂，西側(cè)為翻坯臂。

“自動”控制方式和“手動”控制方式均需要。因翻轉(zhuǎn)過程中，靠人工觀察無法準確控制角度及準確實現(xiàn)雙臂共同翻轉(zhuǎn)，極易損傷設(shè)備，所以翻坯機工作過程中同時翻坯需以自動控制方式來實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，即按自動翻轉(zhuǎn)鍵后，上述第4個步驟自動開始執(zhí)行完成板坯翻交換臂。發(fā)現(xiàn)異常情況需及時拍下急停按鈕以保護設(shè)備，操作人員必須完成一次完整的操作步驟后才能離開。

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)置極限開關(guān)（或旋轉(zhuǎn)角度傳感器），以實現(xiàn)有備用開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)一旦在用的故障使翻臂不能停下來時，備用接近開關(guān)（角度傳感器）能夠使其停下來，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（獨立電源220V），柜內(nèi)轉(zhuǎn)換電源選用的是西門子SITOP電源模塊6EP1 334-2BA01（220V～24V）1塊。

模板選?。何鏖T子S7-300系列模板，輸入輸出I/O點位如表1所示。選用以下幾個模塊：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；3.兩線制接近開關(guān)。最終在能夠達到檢測精度的條件下，為了降低費用、節(jié)約成本，我們選用了價格比較便宜的兩線制接近開關(guān)。接近開關(guān)選取的是天津森特耐公司生產(chǎn)的標準檢測距離為15mm直徑為30mm的產(chǎn)品，可以起到相對良好的精度。翻坯臂升降為液壓控制，選取4個比例閥接線控制升降。

綜合以上，備件包括（西門子PLCS7-300系統(tǒng)模板及接近開關(guān)、按鈕、現(xiàn)場操作機柜等）；材料包括（連接電纜，電纜防護套管，膨脹螺絲，焊接支架等）總計費用需要大概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，量好備件尺寸及機柜尺寸。畫圖設(shè)計現(xiàn)場操作控制柜。合理安排按鈕及指示燈的位置。根據(jù)圖紙在操作機柜面板上用標準口徑開孔器進行開孔。合理安排控制柜內(nèi)部PLC各模板及相關(guān)電源開關(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，先用萬用表進行絕緣校驗，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)備運行狀態(tài)。最初，新上設(shè)備時，由于工期比較緊張，為了盡快完成翻坯任務(wù)，我們只預(yù)留了自動控制按鈕及接口，簡單制作完成了系統(tǒng)的手動操作部分。系統(tǒng)上線后還不能實現(xiàn)自動翻坯，手動控制翻坯的缺點又是顯而易見的。需要現(xiàn)場必須有人實時監(jiān)控，占用了人力的同時，配合不準確還會損傷設(shè)備。

4.程序編制

安裝西門子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進行。打開STEP 7軟件，先進行硬件組態(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。本項目選取的檢測設(shè)備比較經(jīng)濟簡單，所以在STEP 7中使用梯形圖來完成系統(tǒng)程序的編制。梯形圖邏輯性可視性強，便于后期的運行調(diào)試能夠更好的完成。

5.現(xiàn)場調(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打到運行狀態(tài)。在筆記本STEP 7程序運行界面點開監(jiān)控，觀察系統(tǒng)動作運行情況是否正常。

按照功能描述的動作來進行操作，在操作的過程中測試程序是否能夠正確運行符合現(xiàn)場翻坯的要求。在到達即將翻坯位時根據(jù)實際情況調(diào)整接近開關(guān)的位置。

翻坯機翻坯操作步驟：

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

選擇開關(guān)選“自動”，同時按下“自動開始”按鈕。此時兩臂自動翻坯（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，兩臂停止運行。自動翻轉(zhuǎn)在程序中是靠時間繼電器上電延時來實現(xiàn)的。所以對應(yīng)的時間根據(jù)液壓系統(tǒng)運行的速度要進行計算，調(diào)試過程中要反復(fù)試驗將合適的時間找出，以求穩(wěn)定及準確的自動翻坯。

選擇開關(guān)選“手動”，按下“受坯臂下降”，將反過來的板坯放至原位；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)的原位接近開關(guān)檢測到位置，給系統(tǒng)發(fā)翻坯結(jié)束信號，操作控制箱上對應(yīng)的原位信號燈亮起。

特別注意：

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

（2）禁止翻熱坯子。

結(jié)語

正是例如西門子S7-300、400這些先進的設(shè)備和技術(shù)在工廠中廣泛應(yīng)用，才使得現(xiàn)場維護人員降低了勞動強度。提高了自動化程度，給工廠取得了良好的經(jīng)濟效益。我們必須在國外先進技術(shù)的引進前提下，不斷的對其進行消化和吸收，加以靈活運用，完成創(chuàng)新開發(fā)，把我們現(xiàn)有的設(shè)備運行調(diào)整的更加完善。

本系統(tǒng)的不完善之處：使用西門子STEP7設(shè)計一個功能較多的應(yīng)用程序，由于經(jīng)驗不足，雖然設(shè)計的基本功能已經(jīng)實現(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)省費用，選用接近開關(guān)來檢測位置精度明顯不夠。今后還可以進行改善，使用精度更高的直線位移傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器來進行更加精確的自動控制。

參考文獻

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