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(yùn)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(kù)。而鋼卷步進(jìn)梁輸送機(jī)（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“步進(jìn)梁”）是實(shí)現(xiàn)鋼卷運(yùn)輸功能最重要的設(shè)備。步進(jìn)梁以其多工位，小步距，動(dòng)靜相結(jié)合的特點(diǎn)，具有與其他設(shè)備良好適配，低生產(chǎn)事故率的特點(diǎn)，方便穩(wěn)定的、快節(jié)奏的自動(dòng)化生產(chǎn)。受機(jī)械特性限制，單個(gè)步進(jìn)梁不足以滿(mǎn)足長(zhǎng)距離鋼卷運(yùn)輸要求，需要采用多個(gè)步進(jìn)梁聯(lián)動(dòng)運(yùn)輸。通過(guò)分析及改進(jìn)步進(jìn)梁聯(lián)動(dòng)關(guān)鍵邏輯，對(duì)步進(jìn)梁聯(lián)動(dòng)的邏輯設(shè)計(jì)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(dòng)化程度高，L1 生產(chǎn)控制系統(tǒng)主要采用西門(mén)子PLC300/PLC400/TDC，其中運(yùn)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(kāi)始運(yùn)輸過(guò)程。由于卷取機(jī)為3 臺(tái)并行設(shè)置，所以相應(yīng)有3 臺(tái)打捆機(jī)組、3臺(tái)運(yùn)卷小車(chē)。鋼卷經(jīng)由運(yùn)卷小車(chē)運(yùn)上步進(jìn)式快速運(yùn)輸鏈鞍座，再由1#步進(jìn)梁接卷后運(yùn)。鋼卷上1#回轉(zhuǎn)臺(tái)后，較少部分帶取樣標(biāo)識(shí)的鋼卷經(jīng)檢查線小車(chē)運(yùn)往開(kāi)卷器開(kāi)卷檢查，大部分鋼卷運(yùn)往2#步進(jìn)梁。最后鋼卷在2#回轉(zhuǎn)臺(tái)兩側(cè)分流，運(yùn)往5#—6#步進(jìn)梁或者7#—8#步進(jìn)梁，由行車(chē)吊具運(yùn)往各個(gè)成品庫(kù)。因?yàn)槌善穾?kù)寬度過(guò)大，單個(gè)步進(jìn)梁長(zhǎng)度不能滿(mǎn)足運(yùn)輸要求，所以采用5#—6#步進(jìn)梁、7#—8#步進(jìn)梁聯(lián)動(dòng)運(yùn)輸（圖1）。其中，原有3#—4#步進(jìn)梁因工藝調(diào)整不再參與運(yùn)輸過(guò)程，已經(jīng)拆除。

2 步進(jìn)梁邏輯及聯(lián)動(dòng)邏輯簡(jiǎn)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(shí)處于等待停止位，當(dāng)其循環(huán)命令被觸發(fā)時(shí)，開(kāi)始步進(jìn)運(yùn)作，先后讀取10 個(gè)位置信號(hào)，步進(jìn)10 步。步進(jìn)梁有3 種操作方式，分別為手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)，PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）操作臺(tái)旋鈕和上位機(jī)畫(huà)面均可切換操作方式。手動(dòng)方式時(shí)，步進(jìn)梁基本拋開(kāi)步進(jìn)梁控制連鎖，運(yùn)作觸發(fā)方式為操作臺(tái)手動(dòng)取卷手柄，可上下左右任意方向動(dòng)作，操作方式為點(diǎn)動(dòng)。手動(dòng)方式為檢修、故障處理和零調(diào)提供了便利。半自動(dòng)方式時(shí)，步進(jìn)梁運(yùn)作觸發(fā)方式也為操作臺(tái)手動(dòng)取卷手柄，取卷手柄信號(hào)為“1”時(shí)，步進(jìn)梁開(kāi)始動(dòng)作，直至動(dòng)作方向的停止位信號(hào)為“1”時(shí)停止動(dòng)作。半自動(dòng)方式也為檢修和故障處理提供了便利。設(shè)備正常工作時(shí)采用自動(dòng)運(yùn)行方式，設(shè)備均無(wú)故障時(shí)可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。

圖1 運(yùn)輸區(qū)域示意

所有步進(jìn)梁的控制均調(diào)用同一個(gè)FC 塊（功能塊），每個(gè)步進(jìn)梁給予其名稱(chēng)相同數(shù)值不同的外部輸入變量，該FC 塊再輸出名稱(chēng)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(dòng)作主要控制邏輯均在塊內(nèi)完成。該FC 塊共有54 個(gè)輸入輸出點(diǎn)位，主要包括步進(jìn)梁使能判斷、工作模式判斷、自動(dòng)模式判斷、運(yùn)行觸發(fā)條件、關(guān)鍵位置信號(hào)、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(dòng)狀態(tài)且步進(jìn)梁使能給出時(shí)步進(jìn)梁控制邏輯可簡(jiǎn)化表述為：自動(dòng)觸發(fā)條件#AUTOTRG 滿(mǎn)足且步進(jìn)梁步數(shù)為0 時(shí)，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(shí)，程序給出一定水平移動(dòng)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(dòng)液壓缸動(dòng)作，液壓缸帶動(dòng)步進(jìn)梁動(dòng)作。當(dāng)步進(jìn)梁運(yùn)行至取卷減速位時(shí)，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(dòng)停止時(shí)對(duì)設(shè)備造成的沖擊。當(dāng)步進(jìn)梁運(yùn)行至取卷停止位時(shí)，步數(shù)變?yōu)?，程序給出垂直移動(dòng)速度，步進(jìn)梁上抬，同時(shí)把水平速度變?yōu)?，停止水平位移。當(dāng)步進(jìn)梁運(yùn)行至上升減速位時(shí)，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(yùn)行至上升停止位時(shí)，步數(shù)變?yōu)?，程序給出水平移動(dòng)速度，步進(jìn)梁接卷后移，同時(shí)把垂直速度置為0。以此類(lèi)推，直至步進(jìn)梁重新運(yùn)行至等待停止位時(shí)，將變量#CYCLE 復(fù)位，步數(shù)清零。至此步進(jìn)梁自動(dòng)循環(huán)完成。

步進(jìn)梁自動(dòng)化設(shè)計(jì)有5 點(diǎn)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(duì)設(shè)備的沖擊和走不到位的情況；②為避免減速位故障時(shí)造成的設(shè)備停機(jī)，程序設(shè)計(jì)需“跳過(guò)”減速位邏輯。如步進(jìn)梁前進(jìn)取卷時(shí)，步數(shù)為1或者2 時(shí)，只要取卷停止信號(hào)來(lái)，步數(shù)直接變?yōu)?，開(kāi)始上升運(yùn)行。又如步進(jìn)梁上升時(shí)，步數(shù)為3 或者4 時(shí)，只要上升停止位信號(hào)來(lái)，步數(shù)直接變?yōu)?，開(kāi)始后退運(yùn)行。這樣能避免各個(gè)減速位信號(hào)故障帶來(lái)的設(shè)備運(yùn)行故障；③減速位信號(hào)的重要性要低于停止位。減速位信號(hào)故障時(shí)設(shè)備仍可輕故障自動(dòng)運(yùn)行，而一旦停止位信號(hào)故障時(shí)，設(shè)備只能手動(dòng)運(yùn)行，大大降低設(shè)備運(yùn)行效率且設(shè)備沖擊較大，對(duì)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(dòng)和半自動(dòng)的情況聯(lián)合設(shè)計(jì)程序；⑤需考慮到急停功能，在緊急情況下無(wú)論設(shè)備處于何種運(yùn)行狀態(tài)，均能瞬時(shí)停止設(shè)備動(dòng)作。

目前1780 mm 熱軋薄板廠運(yùn)輸線的步進(jìn)梁聯(lián)動(dòng)為5#—6#步進(jìn)梁和7#—8#步進(jìn)梁。聯(lián)動(dòng)控制都調(diào)用的同一個(gè)FC 塊。步進(jìn)梁的步進(jìn)聯(lián)動(dòng)控制邏輯均在塊內(nèi)完成。該FC 塊共有19 個(gè)輸入輸出點(diǎn)位，主要包括自動(dòng)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(hào)和步進(jìn)梁聯(lián)動(dòng)信號(hào)LINK。其中，關(guān)鍵點(diǎn)位為L(zhǎng)INK，該信號(hào)是聯(lián)動(dòng)的2 臺(tái)步進(jìn)梁運(yùn)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(tái)步進(jìn)梁切到聯(lián)動(dòng)且步進(jìn)梁自動(dòng)模式運(yùn)行時(shí)，說(shuō)明LINK 信號(hào)對(duì)步進(jìn)梁運(yùn)行的影響。

由圖可以看出，LINK 信號(hào)對(duì)2 個(gè)步進(jìn)梁的循環(huán)觸發(fā)至關(guān)重要。LINK 信號(hào)何時(shí)為0 何時(shí)為1 成為步進(jìn)梁循環(huán)開(kāi)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(dòng)多走一個(gè)循環(huán)的情況，8#步進(jìn)梁沒(méi)有動(dòng)。12 月25 日夜班出現(xiàn)過(guò)3 次這種情況，于是上午9 點(diǎn)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(diǎn)。

當(dāng)日上午9 點(diǎn)55 分許，7#步進(jìn)梁再次出現(xiàn)單動(dòng)多走一個(gè)循環(huán)。10 點(diǎn)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(wèn)題時(shí)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(dòng)。后下現(xiàn)場(chǎng)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(duì)步進(jìn)梁循環(huán)作用

7#步進(jìn)梁?jiǎn)为?dú)多走一個(gè)循環(huán)的故障的直接原因?yàn)?#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(dòng)液壓缸動(dòng)作。該先導(dǎo)閥正常電壓為DC 24 V，2 V 過(guò)低驅(qū)動(dòng)不了該閥動(dòng)作。由于先導(dǎo)閥為期約4 s 的卡阻不能動(dòng)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(shí)候多4 s。那么，為什么8#步進(jìn)梁循環(huán)的延時(shí)會(huì)導(dǎo)致7#步進(jìn)梁的誤動(dòng)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(shí)，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(kāi)始新的循環(huán)。這種假定情形與現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)作時(shí)，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(huì)出現(xiàn)，程序漏洞沒(méi)有暴露出來(lái)。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(kāi)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(cuò)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?yàn)?#—6#步進(jìn)梁和7#—8#步進(jìn)梁聯(lián)動(dòng)都調(diào)用的同一FC 塊，所以此程序修改也對(duì)5#、6#步進(jìn)梁有同等效用。程序修改至今，聯(lián)動(dòng)步進(jìn)梁未再出現(xiàn)過(guò)一次類(lèi)似故障，也未有出現(xiàn)因程序修改造成的故障。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)步進(jìn)梁自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)運(yùn)行程序時(shí)，需考慮到現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)因素對(duì)步進(jìn)梁運(yùn)行造成的影響，考慮問(wèn)題不能理想化。2 臺(tái)步進(jìn)梁設(shè)備循環(huán)周期受現(xiàn)場(chǎng)條件制約，任意一臺(tái)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(shí)際聯(lián)動(dòng)程序較為復(fù)雜，LINK 只是其中一個(gè)關(guān)鍵因素，做程序修改時(shí)要注意避免其他邏輯錯(cuò)誤。