（武鋼股份設(shè)備維修總廠，湖北 武漢 430083）

基于PLC的冷鋸廢料收集控制系統(tǒng)設(shè)計

廖燈方

（武鋼股份設(shè)備維修總廠，湖北 武漢 430083）

針對冷鋸機(jī)床在廢料收集過程中存在的廢料損壞設(shè)備及廢料斗的利用率低等問題進(jìn)行分析，設(shè)計了新的廢料收集方案。有效提高了冷鋸機(jī)床的整體性能。

冷鋸機(jī)；廢料；推動控制；交錯式傾倒；廢料收集

武鋼大型軋鋼廠的冷鋸機(jī)床為奧地利MFL公司的SAWING PLANT HKA2200 L160型機(jī)床，主要用于型鋼的定尺鋸切。機(jī)床的本體出入口均設(shè)計了一個液壓驅(qū)動的廢料板，其功能是將鋸切后的廢料鋼頭倒入其下方的廢料斗中。該設(shè)備在實際使用中存在廢料鋼頭易損壞設(shè)備及廢料斗和利用率低等問題，通過對原設(shè)計進(jìn)行分析，提出了新設(shè)計方案，有效解決了問題。

一、原設(shè)計分析

1．工作原理

冷鋸機(jī)床的廢料板及周圍設(shè)備的尺寸見圖1。廢料鋼頭在原設(shè)計的收集過程：當(dāng)廢料鋼頭被鋸切完后，廢料板將水平橫移到打開位置（圖1），然后向下傾翻，將其上面的廢料鋼頭倒入下方的廢料斗中，之后廢料板向上翻起，水平橫移到關(guān)閉位置。

圖1 廢料鋼頭的原收集方案示意圖

2．原設(shè)計缺陷

(1)廢料板的缺口和散落在廢料板板面上的鋸切鐵屑易導(dǎo)致傾倒軌跡向鋸偏移而砸壞液壓閥臺。

(2)廢料鋼頭是在靠近廢料板的入口端傾倒，導(dǎo)致廢料堆積在廢料斗的一邊，當(dāng)該邊區(qū)域的廢料堆滿后，后續(xù)的廢料會從該處溢出，而其他空間得不到充分的利用，導(dǎo)致廢料斗的利用率不高，由此增加了更換廢料斗的頻率。

(3)廢料斗距液壓閥臺外邊沿的距離約為84mm，當(dāng)?shù)踯囋诘跹b、更換廢料斗時，容易撞擊鋸本體、出口擋板等設(shè)備。

二、新設(shè)計方案

1．推鋼控制

推鋼控制從PLC控制過程上可分為3部分。

(1)自動識別操作員在人機(jī)界面上輸入的切料長度，選取相應(yīng)的時間，并將該時間變量賦值給推鋼定時器和倒鋼定時器，以保證將廢料頭推到廢料板上的合適位置。

(2)當(dāng)推鋼命令被觸發(fā)時，推鋼脈沖定時器開始定時，并產(chǎn)生一個輸出變量，該變量作為廢料前的輥道正轉(zhuǎn)啟動控制的條件之一。當(dāng)該變量為“1”時，輥道將正轉(zhuǎn)；當(dāng)該變量為“0”時，輥道將停止。當(dāng)推鋼的定時時間結(jié)束時，鋸前輥道將停止。此時，廢料板上的廢料鋼頭已被鋸前鋼排推到預(yù)設(shè)位置，如圖2所示。之后廢料板將開始橫移到打開位，然后向下翻轉(zhuǎn)倒廢料。

(3)當(dāng)?shù)逛撁畋挥|發(fā)時，倒鋼脈沖定時器開始定時，并產(chǎn)生一個輸出變量，該變量作為鋸前輥道反轉(zhuǎn)啟動控制的條件之一。當(dāng)該變量為“1”時，輥道將反轉(zhuǎn)；當(dāng)該變量為“0”時，輥道將停止。當(dāng)?shù)逛摰亩〞r時間結(jié)束時，鋸前輥道將停止。此時，鋸前輥道上的鋼排將縮回到推鋼前的位置。當(dāng)廢料板自動倒完廢料后，廢料板將向上翻起，再橫移到關(guān)閉位置。

采用推鋼控制方案后，廢料鋼頭在傾倒前就向外側(cè)移動了500mm，廢料斗也應(yīng)向外側(cè)平移500mm，即放置在距離鋸本體1 100mm的位置。此時，廢料斗距離液壓閥臺外沿約為570mm，從而加大了吊裝空間。

2．交錯式傾倒控制設(shè)計

為使廢料鋼頭盡可能地均勻落在廢料斗內(nèi)，在新方案中將廢料鋼頭以交錯方式倒入廢料斗中。其過程描述如下：第1個廢料鋼頭在鋸切完后將被推到廢料斗上方的前1/2區(qū)域，第2個廢料鋼頭在鋸切完后將被推到廢料斗上方后1/2區(qū)域，第3個廢料鋼頭在鋸切完后將被推到廢料斗上方前1/2區(qū)域……由此類推，直到廢料斗被裝滿。

圖2 推、倒鋼控制過程示意圖

從理論上分析可設(shè)計多次交錯，將廢料斗最大限度地裝滿。考慮到廢料鋼頭的長度主要有300mm、500mm和1 000mm，廢料板長度為2 145mm，廢料斗寬度為1 700mm。因廢料板上有一用于托輥升起和下降的開口槽，寬度為270mm。當(dāng)廢料鋼頭為300～600mm、廢料頭的重心向開口槽發(fā)生偏移時，廢料會落入開口槽中形成卡阻，導(dǎo)致廢料不能倒入廢料斗中，嚴(yán)重時會發(fā)生設(shè)備事故。因此，對于長度〈600mm的廢料鋼頭，其交錯式傾倒的次數(shù)會受到限制。

經(jīng)實地測量，600mm的廢料鋼頭的推進(jìn)距離最大為1 000mm；當(dāng)廢料鋼頭長度〉600mm、〈1 000mm時，廢料鋼頭的重心在向開口槽偏移的過程中，其前端會跨過開口槽，而不會落入槽中。因此對于這一長度范圍內(nèi)的廢料，可盡可能地將廢料推到廢料板的邊緣，既保證其不會被推出廢料板外，也要其能順利倒入廢料斗中。以最長可切的1 000mm廢料鋼頭為例，其最大推進(jìn)距離為1 145mm。故在方案中設(shè)計了2次推廢料鋼頭過程即可滿足實際需要，2次推鋼距離分別為500mm和1 000mm。

三、方案實施

新方案是通過在PLC中定義每次推鋼動作所屬的次數(shù)及其推鋼時間，再結(jié)合輥道速度來實現(xiàn)推鋼距離和交錯式傾倒控制過程的開環(huán)控制。

1．控制要點設(shè)計

(1)選擇以冷鋸前、后輥道運轉(zhuǎn)的慢速度（0．8m/s）為推廢料鋼頭動作的速度，以保證推鋼靈活性、安全性。

(2)選擇以廢料板托輥的下降命令為鋸前鋼排前進(jìn)推鋼動作的觸發(fā)條件，廢料板的移出命令為鋸前鋼排后退縮回動作的觸發(fā)條件。

(3)設(shè)計2個推鋼距離分別對應(yīng)廢料斗的前1/2區(qū)域和后1/2區(qū)域，第1次推廢料鋼頭的距離為500mm，第2次推廢料鋼頭的距離為1 000mm或1 100mm。

(4)調(diào)用1個加法計數(shù)器，設(shè)置該計數(shù)器的計數(shù)范圍在0、1、2之間變化，并將計數(shù)值賦值給中間變量M其中“0”定義為不推廢料鋼頭，“1”定義為第1次推廢料鋼頭，“2”定義為第2次推廢料鋼頭。

(5)根據(jù)(4)中的計數(shù)變量M，判斷推廢料鋼頭所屬次數(shù)。對于第1次推廢料鋼頭的推進(jìn)距離，將推進(jìn)距離為500mm所對應(yīng)推鋼時間賦值給一個中間變量N。對于第2次推廢料鋼頭的推進(jìn)距離，則先比較廢料鋼頭的長度變量，當(dāng)廢料鋼頭長度在300～600mm之間時，推進(jìn)距離為1 000mm，設(shè)置相應(yīng)時間給中間變量N；當(dāng)廢料鋼頭長度在600～1 000mm之間時，推進(jìn)距離為1 100mm，設(shè)置相應(yīng)時間給中間變量N。

(6)調(diào)用2個脈沖定時器，將脈沖定時器的定時時間為(5)中的中間變量N，脈沖定時器的觸發(fā)條件分別設(shè)置為(2)中的觸發(fā)條件，脈沖定時器的輸出分別設(shè)置為控制鋸前鋼排動作的啟動、停止觸發(fā)變量。

(7)將(6)中的鋸前鋼排動作的啟動、停止觸發(fā)變量嵌入到冷鋸前、后輥道的控制程序中。

2． 時間參數(shù)整定

為了設(shè)置合適的推鋼時間和倒鋼時間，保證新技術(shù)方案的完整實現(xiàn)，必須要考慮輥道正、反轉(zhuǎn)啟動的響應(yīng)時間等因素對推鋼效果的影響。需要用趨勢軟件分析相關(guān)時間數(shù)據(jù)：程序命令輸出與輥道動作的響應(yīng)時間差，輥道從靜止加速到0．8m/s所需時間、輥道從0．8m/s減速到靜止時所需時間、廢料板的托輥下降到位所需的時間以及廢料板水平橫移到打開位所需時間。

根據(jù)前面分析得出的時間數(shù)據(jù)，設(shè)定鋸前鋼排的前進(jìn)和后退命令的保持時間為4s，則廢料鋼頭推動過程所用實際時間為2．5s。經(jīng)過Wincc軟件的變量趨勢分析，得出了動作命令、定時時間和輥道運行的速度變化之間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 命令和輥道響應(yīng)間的時序關(guān)系

從3圖的趨勢分析可算出：啟動命令和輥道運轉(zhuǎn)響應(yīng)的時間差為0．5s，停止命令和輥道運轉(zhuǎn)響應(yīng)的時間差為0．5s，輥道從靜止加速到0．8m/s耗時為1s。從啟動命令為“1”時到輥道加速到設(shè)定速度（0．8m/s）耗時為2s?？紤]到輥道的停止延時，當(dāng)將推鋼和倒過程的定時時間設(shè)為2．5s時，能夠?qū)崿F(xiàn)推鋼距離為1m的目的。

3．預(yù)期效果驗證

根據(jù)上述步驟可實現(xiàn)新技術(shù)方案，為驗證新方案的實施效果，同時為準(zhǔn)確掌握不同推鋼時間對應(yīng)的推鋼距離，從而設(shè)置準(zhǔn)確的定時時間。為此，筆者在調(diào)試階段測量了廢料鋼頭在不同設(shè)定時間下的實際推鋼距離，所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 定時時間與推鋼距離實際值

利用Wincc的變量趨勢分析組件來分析廢料鋼頭的交錯式傾倒控制過程，可繪出廢料鋼頭在2次自動傾倒過程中各命令值及輥道運動速度間的曲線變化關(guān)系，如圖4所示。

圖4 交錯式傾倒控制中的變量曲線

通過對比圖4中各曲線間的時序關(guān)系，在2次推鋼過程中的實際推鋼距離是不同的，由此驗證了廢料鋼頭交錯式傾倒控制方案的科學(xué)性和可行性。

四、結(jié)論

2011年8月開始采用新設(shè)計的推鋼控制和交錯式傾倒控制系統(tǒng)后，取得了良好效果。一是避免了撞擊對設(shè)備的損壞，節(jié)約了備件成本，避免造成生產(chǎn)中斷。二是大幅提高了廢料斗的有效填充率，降低了廢料斗的更換頻率，節(jié)省了人力資源，提高了生產(chǎn)作業(yè)效率。三是降低了廢料斗更換作業(yè)勞動強(qiáng)度，提高了作業(yè)過程的安全性和方便性。

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