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        不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2011-09-26 06:23:48張俊杰張衛(wèi)
        山西冶金 2011年1期
        關(guān)鍵詞:噴碼機(jī)工控機(jī)松下

        張俊杰張衛(wèi)

        (山西太鋼不銹鋼股份有限公司,山西太原030003)

        不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        張俊杰張衛(wèi)

        (山西太鋼不銹鋼股份有限公司,山西太原030003)

        介紹了太鋼不銹熱軋廠不銹鋼鋼板生產(chǎn)過程中表面標(biāo)識系統(tǒng)的組成和原理,并對其中的自動控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)做了具體介紹。通過該系統(tǒng)的實(shí)施,鋼板物流的管理水平和鋼板表面質(zhì)量均顯著提高,增加了企業(yè)在市場上的競爭力。

        PLC串行通訊監(jiān)督控制系統(tǒng)

        國外,在鋼板表面上進(jìn)行標(biāo)識的技術(shù)已經(jīng)非常成熟,高性能的產(chǎn)品設(shè)備在鋼鐵產(chǎn)業(yè)中占有主導(dǎo)地位??v觀國內(nèi)各鋼廠的生產(chǎn)情況,高性能的鋼板標(biāo)識設(shè)備的市場仍被德國、奧地利、荷蘭等國家的產(chǎn)品所占領(lǐng)。而國內(nèi)在鋼板表面進(jìn)行標(biāo)識的設(shè)備仍然缺乏競爭力。究其原因,主要是因?yàn)閲鴥?nèi)產(chǎn)品的研發(fā)起步較晚,在精度、可靠性、穩(wěn)定性等方面與國外產(chǎn)品還存在很大的差距。另外,國外大多數(shù)國家對鋼板表面質(zhì)量要求非常嚴(yán)格,標(biāo)識問題是其中重要的一個評估環(huán)節(jié)。國內(nèi)各鋼廠生產(chǎn)的鋼材內(nèi)部性能已經(jīng)非常優(yōu)越,而表面標(biāo)識質(zhì)量卻往往落后于國外企業(yè)。在進(jìn)行鋼材出口時,往往受到了限制。因此在鋼鐵企業(yè)中開發(fā)鋼板表面標(biāo)識系統(tǒng)具有很好的研究價值和非常現(xiàn)實(shí)的意義。

        本文所述的不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)是太鋼熱軋廠定制開發(fā)、實(shí)施的項(xiàng)目。通過該系統(tǒng)的實(shí)施,項(xiàng)目建設(shè)單位在鋼板表面標(biāo)識、鋼板基本信息管理等方面更加合理規(guī)范,取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

        太鋼熱軋廠不銹鋼后部生產(chǎn)線主要擔(dān)負(fù)對不銹中板表面的缺陷判定和修磨、鋼板的剪切、鋼板表面的標(biāo)識以及成品的包裝和交庫等工作。具體過程為:先將不銹鋼鋼板按合同、批次由天車吊運(yùn)至上料臺,然后用吸盤將鋼板一一放置到研磨輥道的東臺進(jìn)行鋼板表面處理;處理完畢后,鋼板被翻板機(jī)翻置,由電平車運(yùn)送至研磨西臺進(jìn)行鋼板另一表面的處理;后經(jīng)液壓剪機(jī)剪切成符合各合同需求的、不同規(guī)格的鋼板,然后經(jīng)噴碼機(jī)對鋼板進(jìn)行表面標(biāo)識,被吸盤吊運(yùn)到下料臺,成品被送至包裝庫進(jìn)行成品的包裝、交庫。

        不銹鋼后部生產(chǎn)線是不銹鋼生產(chǎn)的最后工序,也是不銹鋼品質(zhì)質(zhì)量是否合格的關(guān)鍵工序。生產(chǎn)現(xiàn)場布局示意圖如圖1所示。

        圖1 現(xiàn)場布局示意圖

        1 不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)采取的控制方式

        計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般分為:操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、集散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、嵌入系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)等。通過對目前主要的控制系統(tǒng)進(jìn)行比較,可以得出這幾種控制方式的應(yīng)用領(lǐng)域有所不同,并且各自具有優(yōu)缺點(diǎn)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)是安全性、可靠性較高的一類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),同時又是計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)的最基礎(chǔ)、最基本的模式[1]。而對于全自動鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)來說,考慮到現(xiàn)場的生產(chǎn)情況以及系統(tǒng)的開發(fā)成本,結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場的特點(diǎn)以及計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),對生產(chǎn)設(shè)備的控制方式采用了監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC)的方式,同時考慮到與現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行銜接,因而系統(tǒng)還具有網(wǎng)絡(luò)功能。鋼板基本資料的噴印位置根據(jù)鋼板長度的不同而變化,噴印位置的給定值是通過PLC計(jì)算所得,它能根據(jù)鋼板長度信息的變化被及時調(diào)整。

        2 不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)硬件之間通訊的設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)的硬件主要包括:1臺工控機(jī)(上位機(jī)),2臺LINX6800噴碼機(jī),1臺松下小型PLC(FP0-C16)等。由于系統(tǒng)工作時,不銹鋼鋼板的基本信息和噴印參數(shù)的設(shè)置信息被上位機(jī)發(fā)送到噴碼機(jī)和PLC中,另外PLC和噴碼機(jī)將反饋信號和控制信號發(fā)送至上位機(jī)中。當(dāng)這些功能實(shí)現(xiàn)時,系統(tǒng)的各硬件之間實(shí)際上已經(jīng)形成了通信網(wǎng)絡(luò),結(jié)合松下PLC(FP0-C16)和噴碼機(jī)本身只支持串行通訊的特點(diǎn),因而它們之間的通訊采取了串行通訊的工作方式[2]。串行通訊可以分為RS-232、RS-422、RS-485等方式,它們各自的特點(diǎn)如表1所示。

        表1 串行通信分類及各自的特點(diǎn)

        工控機(jī)和噴碼機(jī)之間的通訊線路兩端采用RS-422串行轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接,工控機(jī)和RS-422之間以及RS-422和噴碼機(jī)之間的接線方式是簡單的RS-232三線方式。由于工控機(jī)本身只有2個RS-232串行端口,為了實(shí)現(xiàn)和PLC之間進(jìn)行通訊的功能,在工控機(jī)中安裝了一塊串行通信擴(kuò)展卡來增加工控機(jī)中串行端口的數(shù)量,串行通信擴(kuò)展卡默認(rèn)的通訊方式為RS-422方式(串行通信擴(kuò)展卡內(nèi)置光電隔離裝置,可以滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的需求),其通訊方式采用了工控機(jī)和RS-422串行轉(zhuǎn)換器直接連接的方式。整個通訊線路現(xiàn)場接線的情況如圖2所示。

        本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了上位機(jī),主要功能是往PLC及噴碼機(jī)傳輸各種噴印數(shù)據(jù),同時接收PLC和噴碼機(jī)傳輸回來的應(yīng)答信息的程序。在這些過程中,數(shù)據(jù)傳輸采用統(tǒng)一的格式。另外,系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了通訊測試程序,以實(shí)現(xiàn)對通訊質(zhì)量的實(shí)時掌握,方便維護(hù)人員進(jìn)行故障判斷。這些程序是依據(jù)松下FpΣ系列PLC通信系統(tǒng)的基本協(xié)議MEWTOCOL-COM進(jìn)行編寫的[3]。松下FpΣ系列PLC通信系統(tǒng)的基本協(xié)議是松下電工的專用通信協(xié)議MEWTOCOL。PLC與計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議是MEWTOCOL-COM,該協(xié)議采用的是異步通信方式,其波特率主要包括2 400,4 800,9 600 bps等多種,且報(bào)文長度是可變可固定的。數(shù)據(jù)傳輸采用ASCII碼的形式,首先由計(jì)算機(jī)發(fā)送指令,然后PLC對指令自動進(jìn)行響應(yīng),用于程序處理和交互式操作。

        系統(tǒng)在工作時,完成上位機(jī)和PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛘Z句是依據(jù)松下MEWTOCOL-COM協(xié)議編寫的。程序中主要用到的指令包括:RCS,WCS,RCP,RD,WD,SD等。它們的主要功能是:讀取各個輸入;輸出觸點(diǎn)的狀態(tài)信息;設(shè)置各輸入;輸出觸點(diǎn)的狀態(tài);通過上位機(jī)設(shè)置鋼板噴印PLC的初始參數(shù);設(shè)置PLC內(nèi)部相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器的目標(biāo)值;讀取和設(shè)置編碼器的經(jīng)過值等。

        3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        3.1 系統(tǒng)的工作過程

        圖2 現(xiàn)場通訊接線示意圖

        (1)在PLC運(yùn)行正常以及系統(tǒng)通訊正常時,操作人員將每個批次鋼板所涉及的規(guī)格、批號、爐號、鋼種等參數(shù)錄入到上位機(jī)中。確認(rèn)無誤后,鋼板的批號、爐號、鋼種、規(guī)格、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、許可證、生產(chǎn)班次等數(shù)據(jù)被傳輸至噴碼機(jī)中;鋼板的長度、噴印次數(shù)、噴印資料長度、噴印縮進(jìn)距離、長度校驗(yàn)值被傳輸至PLC中。

        (2)在第一個掃描周期內(nèi)、內(nèi)部繼電器R9013為ON時,執(zhí)行子程序1,PLC將編碼器、鋼板長度寄存器、PLC內(nèi)部各臨時數(shù)據(jù)寄存器等的值置為零,PLC計(jì)算出噴印所需的必要的噴印參數(shù)。

        (3)當(dāng)鋼板通過剪機(jī)后,觸發(fā)預(yù)噴射觸發(fā)光電傳感器X5,PLC向上位機(jī)發(fā)送停止發(fā)送數(shù)據(jù)的信號,內(nèi)部繼電器R2置為ON狀態(tài),執(zhí)行子程序2,PLC計(jì)算出不銹鋼鋼板基本參數(shù)在鋼板上的具體噴印位置,并且將其保存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中。

        (4)當(dāng)鋼板到達(dá)噴射觸發(fā)光電傳感器X7時,鋼板接觸輥輪使其轉(zhuǎn)動并帶動編碼器工作,系統(tǒng)開始對鋼板通過噴射觸發(fā)光電傳感器的長度進(jìn)行測量,將測量值與計(jì)算值相比較。

        (5)當(dāng)鋼板到達(dá)相應(yīng)的位置后,PLC向噴碼機(jī)發(fā)出觸發(fā)信號Y2,噴碼機(jī)便開始噴印,噴印延時0.5 s。按相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),鋼板長度達(dá)到5 m以上時噴印2次,小于5 m時噴印1次,PLC將根據(jù)鋼板的長度,計(jì)算出鋼板的基本信息在鋼板上的具體噴印位置,在合適的位置觸發(fā)噴碼機(jī)進(jìn)行工作。

        (6)噴印完此塊鋼板后,相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器、內(nèi)部繼電器、特殊繼電器等元件復(fù)位置0,PLC向上位機(jī)發(fā)出噴印完畢信號,執(zhí)行子程序3,上位機(jī)程序自動地將下一塊鋼板的噴印內(nèi)容發(fā)送到PLC和噴碼機(jī)。

        (7)PLC將等待下一塊鋼板觸發(fā)預(yù)噴射觸發(fā)光電傳感器,PLC控制程序如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行不銹鋼鋼板基本信息的噴印。

        3.2 控制系統(tǒng)的主流程圖(見圖3)

        3.3 部分編程元件說明(見表2)

        表2 PLC控制程序部分編程元件說明

        圖3 控制系統(tǒng)的主流程圖

        4 結(jié)語

        經(jīng)過對系統(tǒng)進(jìn)行不斷優(yōu)化,系統(tǒng)的各項(xiàng)功能也得到了不斷的完善,系統(tǒng)也進(jìn)入到實(shí)用階段。到目前為止,自動控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,為不銹鋼鋼板生產(chǎn)發(fā)揮了巨大作用。

        [1]劉川.熱鋼坯自動噴號機(jī)控制系統(tǒng)的研制[D].武漢理工大學(xué),2008.

        [2]賈會玲.松下PC-Link網(wǎng)絡(luò)與PC通信問題的解決[J].電氣時代,2007(4):13-16.

        [3]白志敏.計(jì)算機(jī)與松下PLC通信程序的設(shè)計(jì)[J].活力,2008(1):70.

        (編輯:胡玉香)

        Abstract:This paper introduced the composition and principle ofmarkingsystemofTisco′s Hot Rolling Mill stainless steel plate production process,and made a specific description ofautomatic control system through the systemimplementation,it has made great improvement in steel plate logistics and steel plate surface quality,strengthened the enterprises competition amongthe different markets.

        Key words:PLC,serial communication,supervisory control system

        Design and Realization of Spray-coding Control System for The Stainless Steel Plate Surface

        ZHANG Junjie
        (Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan 030003,China)

        TP273

        A

        2011-01-17

        1672-1152(2011)01-0042-03

        張俊杰(1976-),男,在太鋼不銹熱軋廠從事計(jì)算機(jī)及自動控制工作,工程師。Tel:15834107337,E-mail:zhangjj01@tisco.com.cn

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