諶斌霞

(湖南博長控股集團(tuán)冷水江市鋼鐵有限責(zé)任公司,湖南 冷水江417500)

1 背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工廠的生產(chǎn)率不斷提高、生產(chǎn)節(jié)奏不斷加快,可以進(jìn)一步降低企業(yè)成本,其中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)便是減少工件在生產(chǎn)線上的流轉(zhuǎn)程序與時(shí)間。

棒材廠加熱爐出爐輥道共計(jì)有4 段輥道,每段有8 個(gè)輥道,傳動形式為4KW 電機(jī)帶減速機(jī),再由減速機(jī)通過皮帶帶動輥道將加熱爐加熱好的鋼坯運(yùn)送到軋機(jī)進(jìn)行軋制。原來由操作工手動操作輥道啟停,存在輥道送鋼不連續(xù),節(jié)奏時(shí)快時(shí)慢很不穩(wěn)定,影響產(chǎn)量。有時(shí)停鋼位置不好容易造成皮帶打滑,需要經(jīng)常調(diào)整皮帶以及更換皮帶,造成維修人員勞動量大且備件消耗較大。如果將出爐輥道改為自動控制,將大大減輕操作人員的操作難度,且能將生產(chǎn)節(jié)奏控制的較好,有利于提高產(chǎn)量,同時(shí)又減輕了設(shè)備的維護(hù)。這樣對輥道自動控制提出以下要求：

(1)輥道能自動送鋼,且連續(xù)性較高；

(2)減少輥道頻繁啟停；

(3)減少皮帶的調(diào)整及更換；

(4)可以有效保證生產(chǎn)過鋼節(jié)奏,控制好連軋兩支鋼之間的距離。

2 系統(tǒng)介紹

整個(gè)系統(tǒng)包括：出爐輥道〔1〕、出爐輥道〔2〕、出爐輥道〔3〕、出爐輥道〔4〕、熱金屬檢測儀〔5〕、軋線首機(jī)架〔6〕,如圖1 所示；西門子PLC 系統(tǒng)程序〔7〕,如圖2 所示、電腦WinCC 操作畫面〔8〕,如圖3 所示。

2.1 熱金屬檢測儀介紹

熱金屬檢測儀(代號HMD)主要用于冶金工業(yè)系統(tǒng)中,通過對高溫工件的檢測,判斷工件的運(yùn)動位置,輸出一控制用開關(guān)信號。它具有以下特點(diǎn)：(1)可在較惡劣的環(huán)境下工作(如高溫、潮濕、水霧、粉塵等環(huán)境中)；(2)可長時(shí)間連續(xù)可靠工作；(3)檢測儀為電源、控制器、輸出一體化,安裝方便。

原理：檢測儀接收由高溫物體發(fā)射出來的紅外光,經(jīng)光學(xué)部分進(jìn)行聚焦,成像到光敏器件上,把光能轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)電子線路處理,輸出一組對應(yīng)的開關(guān)信號到控制器(即PLC),實(shí)現(xiàn)自動控制的目的。

2.2 調(diào)控系統(tǒng)的安裝與運(yùn)行

圖1 熱金屬檢測儀安裝位置圖

圖2 西門子PLC 輥道自動控制編程圖

圖3 西門子WinCC 操作畫面輥道啟動與運(yùn)行時(shí)間設(shè)定圖

出爐輥道承擔(dān)的任務(wù)是將加熱好的鋼坯送往軋機(jī)軋制,對速度沒有過高要求使其不需要變頻器控制,只需要采用傳統(tǒng)的三檔轉(zhuǎn)換開關(guān)以及對應(yīng)的接觸器控制正反轉(zhuǎn)就能滿足要求,但是這樣對于鋼坯在出爐輥道上的擺放位置控制不是很精準(zhǔn),完全依賴于操作工的大致判斷,很難控制好生產(chǎn)節(jié)奏,因此有必要通過自動控制來實(shí)現(xiàn)鋼坯的準(zhǔn)確定位。

整個(gè)控制過程分為三個(gè)階段：

第一階段：熱金屬檢測儀〔5〕安裝于出爐輥道〔4〕的中間位置,在軋線連續(xù)生產(chǎn)過程中,軋線上有一支鋼坯在軋制。第二支鋼坯通過出爐輥道〔1〕與出爐輥道〔2〕送到出爐輥道〔3〕上擺放,處于待軋狀態(tài)。

第二階段：軋線首機(jī)架〔6〕所軋制前一支鋼坯的尾部離開熱金屬檢測儀〔5〕,西門子PLC 系統(tǒng)根據(jù)熱金屬檢測儀〔5〕到首機(jī)架〔6〕的距離與軋線首機(jī)架〔6〕的速度能夠計(jì)算出前一支鋼坯離開軋線首機(jī)架〔6〕的時(shí)間,在倒計(jì)時(shí)的某一時(shí)刻啟動出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕正轉(zhuǎn)運(yùn)送后一支鋼坯,當(dāng)鋼坯到達(dá)熱金屬檢測儀〔5〕位置時(shí)西門子PLC 系統(tǒng)根據(jù)圖3〔1〕所設(shè)置的時(shí)間啟動時(shí)間繼電器,時(shí)間繼電器計(jì)時(shí)完成后分?jǐn)喑鰻t輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕接觸器的電源,從而使后一支鋼坯剛好停在軋線首機(jī)架〔6〕前面一點(diǎn)的位置。由于鋼坯重達(dá)1 噸多,因此在輥道自由停車的情況下鋼坯所停位置幾乎沒有變化。

第三階段：待到前一支鋼坯完全離開軋線首機(jī)架〔6〕時(shí),出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕再次正轉(zhuǎn)啟動運(yùn)送后一支鋼坯到達(dá)軋線首機(jī)架〔6〕進(jìn)行軋制。軋線首機(jī)架〔6〕咬入后一支鋼坯后出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕停止轉(zhuǎn)動。

3 控制系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)主要通過新增一處熱金屬檢測儀,利用其信號參與到控制過程中,同時(shí)利用了原來的西門子PLC 系統(tǒng)以及電腦的西門子WinCC 操作畫面,通過軟件編程的方式來達(dá)到自動控制出爐輥道以實(shí)現(xiàn)自動送鋼的目的。

西門子S7-400 系列可編程控制器為中大型工業(yè)工程提供可靠的支持,棒材廠軋線設(shè)計(jì)單位采用此系統(tǒng)非常成熟,將出爐輥道三檔轉(zhuǎn)換開關(guān)的DC24V 開關(guān)量信號接入其數(shù)字量輸入模塊,通過編程控制其數(shù)字量,輸出模塊輸出DC24V 控制信號到小型中間繼電器,再通過中間繼電器的常開觸點(diǎn)將AC220V輸出給出爐輥道的主接觸器,從而帶動出爐輥道轉(zhuǎn)動運(yùn)送鋼坯。S7-400 系統(tǒng)的CPU416 模塊、數(shù)字量輸入模塊、輸出模塊以及中間繼電器安裝于主控室PLC 柜中,而出爐輥道主接觸器安裝于低配室MCC 柜中,現(xiàn)場附近的分電箱有每一個(gè)輥道的開關(guān)以方便檢修。

編程時(shí),用距離除以速度得到時(shí)間后,必須將時(shí)間轉(zhuǎn)換為S5 格式以便于后續(xù)程序中定時(shí)器使用,由于西門子S7-400 中定時(shí)器計(jì)時(shí)是采用倒計(jì)時(shí)的方式,因此需要通過“小于”邏輯來判斷第二階段中的某一時(shí)刻啟動出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕正轉(zhuǎn),這需要根據(jù)現(xiàn)場前一支鋼尾部完全離開出爐輥道〔4〕來編程設(shè)置,如果前一支鋼尾部沒有完全離開出爐輥道〔4〕的情況下,由于輥道線速度為1.57m/s,而首架軋機(jī)的線速度通常在0.45～0.55m/s 范圍內(nèi),輥道輸送力遠(yuǎn)小于軋機(jī)軋制力,就會造成輥道負(fù)載過大電流超高,極易燒毀電機(jī)并引起傳動皮帶過度磨損。

西門子WinCC 軟件是西門子控制系統(tǒng)中的人機(jī)界面組件,集生產(chǎn)自動化和過程自動化于一體,實(shí)現(xiàn)了相互之間的整合,非常直觀地將生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線的狀況展示給操作人員。本系統(tǒng)中將圖3 中1 處“34#輥道熱檢延時(shí)”的時(shí)間編程做成輸入輸出域,放在主畫面首機(jī)架〔6〕左上方位置便于操作工隨時(shí)調(diào)整,輸入輸出域范圍調(diào)到0～5S,小數(shù)點(diǎn)設(shè)為2 位,由操作工根據(jù)設(shè)備狀況以及不同品規(guī)設(shè)置相應(yīng)時(shí)間參數(shù)。

4 主要調(diào)試參數(shù)

4.1 出爐輥道自動控制系統(tǒng)主要增加一臺熱金屬檢測儀如圖1 中5,檢測儀在現(xiàn)場安裝于出爐輥道〔4〕段操作側(cè)的中間位置,在輥道側(cè)擋板上開個(gè)φ150mm 的圓孔,以保證被檢測鋼坯在熱金屬檢測儀的視場內(nèi)。

4.2 熱金屬檢測儀安裝好后,使用米尺實(shí)地測量出圖1 中熱金屬檢測儀5 與首機(jī)架6 之間的距離作為PLC 的計(jì)算依據(jù)。

4.3 編程從PLC 原程序中讀取首機(jī)架〔6〕的線速度,如圖2所示編程用4.2 所測距離除以首機(jī)架〔6〕的線速度,從而計(jì)算出圖1 中1#鋼坯離開首機(jī)架〔6〕的時(shí)間。

4.4 編程WinCC 操作畫面“34#輥道熱檢延時(shí)”如圖3 中1,操作工在首機(jī)架6 處肉眼觀察前后兩支鋼的間隔距離以調(diào)整時(shí)間參數(shù)。由于加熱爐加熱出來的鋼坯溫度有一些不同,以及輥道皮帶在長時(shí)間運(yùn)行后會產(chǎn)生松弛現(xiàn)象,必然會影響后一支鋼坯的擺放位置,因此需要操作工根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況對“34#輥道熱檢延時(shí)”參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到預(yù)期的效果。一般說來,將前后兩支鋼的間隔距離控制在200～300mm 比較合適,這樣既能保證生產(chǎn)節(jié)奏緊湊,又能避免兩支鋼挨得太近造成后續(xù)軋制過程中其它控制用熱金屬檢測儀無法分辨出前后兩支鋼從而引起廢鋼的事故。

5 結(jié)論

棒材廠出爐輥道調(diào)控系統(tǒng),通過采用現(xiàn)代的儀表及先進(jìn)可靠的PLC 控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動化生產(chǎn)的技術(shù)升級,已在冷水江鋼鐵有限責(zé)任公司應(yīng)用數(shù)年,運(yùn)行穩(wěn)定可靠。并于2019 年10 月20 日申請國家實(shí)用新型專利,且已取得專利證書,證書編號為ZL 2019 2 1758068.0。本系統(tǒng)可以有效保證送鋼節(jié)奏、提高產(chǎn)量、防止皮帶打滑、降低了維修成本,同時(shí)減輕了操作工的勞動強(qiáng)度,值得推廣應(yīng)用。