步進(jìn)梁聯(lián)動邏輯分析

黃鵠逸，徐 勇，夏偲禹，翟志遠(yuǎn)

（重慶鋼鐵股份有限公司，重慶 401258）

0 引言

鋼卷運輸是軋鋼工藝的重要一環(huán)，前承軋線打捆成形的鋼卷，后接鋼卷成品庫。而鋼卷步進(jìn)梁輸送機(jī)（下文簡稱“步進(jìn)梁”）是實現(xiàn)鋼卷運輸功能最重要的設(shè)備。步進(jìn)梁以其多工位，小步距，動靜相結(jié)合的特點，具有與其他設(shè)備良好適配，低生產(chǎn)事故率的特點，方便穩(wěn)定的、快節(jié)奏的自動化生產(chǎn)。受機(jī)械特性限制，單個步進(jìn)梁不足以滿足長距離鋼卷運輸要求，需要采用多個步進(jìn)梁聯(lián)動運輸。通過分析及改進(jìn)步進(jìn)梁聯(lián)動關(guān)鍵邏輯，對步進(jìn)梁聯(lián)動的邏輯設(shè)計有指導(dǎo)作用。

1 熱軋薄板廠步進(jìn)梁情況概述

熱軋薄板廠17 800 mm 生產(chǎn)線自動化程度高，L1 生產(chǎn)控制系統(tǒng)主要采用西門子PLC300/PLC400/TDC，其中運輸區(qū)域主體設(shè)備采用PLC400 控制。鋼坯自軋線軋制成薄鋼帶，入卷取機(jī)卷曲成形，再經(jīng)打捆機(jī)打捆，完成鋼卷成品工藝，開始運輸過程。由于卷取機(jī)為3 臺并行設(shè)置，所以相應(yīng)有3 臺打捆機(jī)組、3臺運卷小車。鋼卷經(jīng)由運卷小車運上步進(jìn)式快速運輸鏈鞍座，再由1#步進(jìn)梁接卷后運。鋼卷上1#回轉(zhuǎn)臺后，較少部分帶取樣標(biāo)識的鋼卷經(jīng)檢查線小車運往開卷器開卷檢查，大部分鋼卷運往2#步進(jìn)梁。最后鋼卷在2#回轉(zhuǎn)臺兩側(cè)分流，運往5#—6#步進(jìn)梁或者7#—8#步進(jìn)梁，由行車吊具運往各個成品庫。因為成品庫寬度過大，單個步進(jìn)梁長度不能滿足運輸要求，所以采用5#—6#步進(jìn)梁、7#—8#步進(jìn)梁聯(lián)動運輸（圖1）。其中，原有3#—4#步進(jìn)梁因工藝調(diào)整不再參與運輸過程，已經(jīng)拆除。

2 步進(jìn)梁邏輯及聯(lián)動邏輯簡述

步進(jìn)梁控制邏輯如圖2 所示（圖中數(shù)字表示步數(shù)）：步進(jìn)梁待命時處于等待停止位，當(dāng)其循環(huán)命令被觸發(fā)時，開始步進(jìn)運作，先后讀取10 個位置信號，步進(jìn)10 步。步進(jìn)梁有3 種操作方式，分別為手動、半自動和自動，PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）操作臺旋鈕和上位機(jī)畫面均可切換操作方式。手動方式時，步進(jìn)梁基本拋開步進(jìn)梁控制連鎖，運作觸發(fā)方式為操作臺手動取卷手柄，可上下左右任意方向動作，操作方式為點動。手動方式為檢修、故障處理和零調(diào)提供了便利。半自動方式時，步進(jìn)梁運作觸發(fā)方式也為操作臺手動取卷手柄，取卷手柄信號為“1”時，步進(jìn)梁開始動作，直至動作方向的停止位信號為“1”時停止動作。半自動方式也為檢修和故障處理提供了便利。設(shè)備正常工作時采用自動運行方式，設(shè)備均無故障時可以實現(xiàn)全自動運行。

圖1 運輸區(qū)域示意

所有步進(jìn)梁的控制均調(diào)用同一個FC 塊（功能塊），每個步進(jìn)梁給予其名稱相同數(shù)值不同的外部輸入變量，該FC 塊再輸出名稱相同數(shù)值不同的變量，供塊外調(diào)用。步進(jìn)梁的步進(jìn)動作主要控制邏輯均在塊內(nèi)完成。該FC 塊共有54 個輸入輸出點位，主要包括步進(jìn)梁使能判斷、工作模式判斷、自動模式判斷、運行觸發(fā)條件、關(guān)鍵位置信號、速度給定和步進(jìn)梁步數(shù)。

圖2 步進(jìn)梁步進(jìn)邏輯

自動狀態(tài)且步進(jìn)梁使能給出時步進(jìn)梁控制邏輯可簡化表述為：自動觸發(fā)條件#AUTOTRG 滿足且步進(jìn)梁步數(shù)為0 時，步進(jìn)梁循環(huán)#CYCLE 置位。#CYCLE 置位且步進(jìn)梁處于等待停止位，則步數(shù)為1。步數(shù)為1 時，程序給出一定水平移動速度且將垂直速度給為0，速度值轉(zhuǎn)化為一定電流值輸出給比例閥，比例閥驅(qū)動液壓缸動作，液壓缸帶動步進(jìn)梁動作。當(dāng)步進(jìn)梁運行至取卷減速位時，步數(shù)變?yōu)?，水平速度變小，步進(jìn)梁慢速前進(jìn)，以減少水平移動停止時對設(shè)備造成的沖擊。當(dāng)步進(jìn)梁運行至取卷停止位時，步數(shù)變?yōu)?，程序給出垂直移動速度，步進(jìn)梁上抬，同時把水平速度變?yōu)?，停止水平位移。當(dāng)步進(jìn)梁運行至上升減速位時，步數(shù)變?yōu)?，垂直速度變小，步進(jìn)梁慢速上抬。當(dāng)步進(jìn)梁運行至上升停止位時，步數(shù)變?yōu)?，程序給出水平移動速度，步進(jìn)梁接卷后移，同時把垂直速度置為0。以此類推，直至步進(jìn)梁重新運行至等待停止位時，將變量#CYCLE 復(fù)位，步數(shù)清零。至此步進(jìn)梁自動循環(huán)完成。

步進(jìn)梁自動化設(shè)計有5 點需要注意的地方：①所有停止位行程應(yīng)稍短于步進(jìn)梁機(jī)械行程和液壓缸行程，避免對設(shè)備的沖擊和走不到位的情況；②為避免減速位故障時造成的設(shè)備停機(jī)，程序設(shè)計需“跳過”減速位邏輯。如步進(jìn)梁前進(jìn)取卷時，步數(shù)為1或者2 時，只要取卷停止信號來，步數(shù)直接變?yōu)?，開始上升運行。又如步進(jìn)梁上升時，步數(shù)為3 或者4 時，只要上升停止位信號來，步數(shù)直接變?yōu)?，開始后退運行。這樣能避免各個減速位信號故障帶來的設(shè)備運行故障；③減速位信號的重要性要低于停止位。減速位信號故障時設(shè)備仍可輕故障自動運行，而一旦停止位信號故障時，設(shè)備只能手動運行，大大降低設(shè)備運行效率且設(shè)備沖擊較大，對操作工的操作要求也較高，所以一般情況不允許停止位出現(xiàn)故障；④需考慮手動和半自動的情況聯(lián)合設(shè)計程序；⑤需考慮到急停功能，在緊急情況下無論設(shè)備處于何種運行狀態(tài)，均能瞬時停止設(shè)備動作。

目前1780 mm 熱軋薄板廠運輸線的步進(jìn)梁聯(lián)動為5#—6#步進(jìn)梁和7#—8#步進(jìn)梁。聯(lián)動控制都調(diào)用的同一個FC 塊。步進(jìn)梁的步進(jìn)聯(lián)動控制邏輯均在塊內(nèi)完成。該FC 塊共有19 個輸入輸出點位，主要包括自動模式判斷、步進(jìn)梁MTS（位移傳感器）行程數(shù)據(jù)、步進(jìn)梁步數(shù)、等待位信號和步進(jìn)梁聯(lián)動信號LINK。其中，關(guān)鍵點位為LINK，該信號是聯(lián)動的2 臺步進(jìn)梁運行觸發(fā)的關(guān)鍵條件。圖3 以7#—8#步進(jìn)梁為例，在操作臺步進(jìn)梁切到聯(lián)動且步進(jìn)梁自動模式運行時，說明LINK 信號對步進(jìn)梁運行的影響。

由圖可以看出，LINK 信號對2 個步進(jìn)梁的循環(huán)觸發(fā)至關(guān)重要。LINK 信號何時為0 何時為1 成為步進(jìn)梁循環(huán)開始與結(jié)束的關(guān)鍵性因素。

3 故障處理及分析

2017 年12 月25 日，7#步進(jìn)梁多次出現(xiàn)單動多走一個循環(huán)的情況，8#步進(jìn)梁沒有動。12 月25 日夜班出現(xiàn)過3 次這種情況，于是上午9 點左右在IBA 曲線（即IBA 軟件捕捉的曲線）里增加7#和8#步進(jìn)梁的STEP 監(jiān)控點。

當(dāng)日上午9 點55 分許，7#步進(jìn)梁再次出現(xiàn)單動多走一個循環(huán)。10 點25 分許，又出現(xiàn)一次。結(jié)合之前的曲線分析，發(fā)現(xiàn)每次出問題時8#步進(jìn)梁都要卡阻>4 s。初步判定是8#步進(jìn)梁的故障導(dǎo)致7#步進(jìn)梁的異動。后下現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)8#步進(jìn)梁的先導(dǎo)閥插頭量電壓只有2 V，更換插頭后恢復(fù)正常。

圖3 LINK 對步進(jìn)梁循環(huán)作用

7#步進(jìn)梁單獨多走一個循環(huán)的故障的直接原因為8#步進(jìn)梁先導(dǎo)閥插頭軟故障。先導(dǎo)閥必須正常得電液壓油管路才能通暢，比例閥才能驅(qū)動液壓缸動作。該先導(dǎo)閥正常電壓為DC 24 V，2 V 過低驅(qū)動不了該閥動作。由于先導(dǎo)閥為期約4 s 的卡阻不能動作，導(dǎo)致8#步進(jìn)梁的循環(huán)卡阻，于是8#步進(jìn)梁循環(huán)走完要比正常時候多4 s。那么，為什么8#步進(jìn)梁循環(huán)的延時會導(dǎo)致7#步進(jìn)梁的誤動作呢？

分析PLC 程序發(fā)現(xiàn)，LINK 的置位條件為“7#8# 步進(jìn)梁STEP≠0 或”，而復(fù)位條件為“8#步進(jìn)梁STEP=0”。這將導(dǎo)致若7#步進(jìn)梁STEP=0 而8#步進(jìn)梁STEP≠0 時，LINK 為置位狀態(tài)。如圖3 所示，LINK=1 將導(dǎo)致7#步進(jìn)梁的CYCLE 置位，7#步進(jìn)梁開始新的循環(huán)。這種假定情形與現(xiàn)場故障現(xiàn)象一致。

聯(lián)合IBA 曲線分析，發(fā)現(xiàn)步進(jìn)梁正常運作時，8#步進(jìn)梁的循環(huán)總是比7#步進(jìn)梁的循環(huán)先行完成，所以7#步進(jìn)梁STEP=0而8#步進(jìn)梁STEP≠0 的情況不會出現(xiàn)，程序漏洞沒有暴露出來。一旦8#步進(jìn)梁循環(huán)滯后，LINK 置位不能復(fù)位，將導(dǎo)致7#步進(jìn)梁開啟新的循環(huán)。

顯然，LINK 的復(fù)位條件為“8#步進(jìn)梁STEP=0”是最直接致命的邏輯錯誤，因此考慮在LINK 的復(fù)位條件上修改程序。將LINK 的復(fù)位條件修改為“7#8#步進(jìn)梁STEP=0 或”，保存并下載到PLC 的CPU。因為5#—6#步進(jìn)梁和7#—8#步進(jìn)梁聯(lián)動都調(diào)用的同一FC 塊，所以此程序修改也對5#、6#步進(jìn)梁有同等效用。程序修改至今，聯(lián)動步進(jìn)梁未再出現(xiàn)過一次類似故障，也未有出現(xiàn)因程序修改造成的故障。

4 結(jié)語

設(shè)計步進(jìn)梁自動化聯(lián)動運行程序時，需考慮到現(xiàn)場多個因素對步進(jìn)梁運行造成的影響，考慮問題不能理想化。2 臺步進(jìn)梁設(shè)備循環(huán)周期受現(xiàn)場條件制約，任意一臺步進(jìn)梁都可能先走完循環(huán)，要綜合考慮各種情況，盡力避免程序漏洞。此例的程序修改方案并不是唯一方案，還可以從7#步進(jìn)梁循環(huán)觸發(fā)條件、LINK 置位條件等入手修改。另外，實際聯(lián)動程序較為復(fù)雜，LINK 只是其中一個關(guān)鍵因素，做程序修改時要注意避免其他邏輯錯誤。