趙常偉，邢超志，賈愛斌，劉彥川，楊彥廣，李國鵬

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北 唐山 063200）

1 緒論

1.1 選題背景及目的

隨著我國工業(yè)建設的快速發(fā)展，鋼鐵是工業(yè)發(fā)展的基礎，寬厚板產(chǎn)品更是逐漸衡量一個國家鋼鐵工業(yè)水平的重要標志之一。目前，中厚板生產(chǎn)線上自動噴涂作業(yè)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的人工噴涂，實現(xiàn)鋼板標識防腐蝕工藝，減輕了工人的勞動強度，保護了工人的健康，增強了生產(chǎn)線的安全系數(shù)，提高了工作效率和噴涂質(zhì)量，降低了噴涂的錯誤率，可實現(xiàn)整體噴涂過程的在線完成，不需要鋼板在噴涂過程中停止運行，工人從之前的體力勞動變?yōu)椴僮髟O備進行噴號，既有效保證了產(chǎn)線工人的作業(yè)安全系數(shù)，又顯著提高了產(chǎn)線的經(jīng)濟效益。鋼板標識保護裝置在自動噴涂作業(yè)中的優(yōu)化實現(xiàn)了生產(chǎn)效益的最大化。本課題正是在這樣的背景下，以某中厚板廠全自動噴涂護標系統(tǒng)為實驗平臺，結合某品牌MC 協(xié)議和GX Works2 編程軟件進行設備調(diào)試，建立改進型標識保護噴涂系統(tǒng)。

1.2 課題研究的內(nèi)容

前道工序的鋼板在噴碼機處噴碼完成后，輥道輸送線上的輥道12 啟動，鋼板在輥道輸送線上前進，鋼板前端運行到位置檢測區(qū)域后，如圖1 所示，兩組具有一定距離的檢測架2 上的檢測傳感器3 對鋼板進行來料判斷，來料信號經(jīng)PLC 控制柜1 判定鋼板的位置與鋼板運行的速度，再通過PLC 控制柜1 依次判定鋼板需要噴涂料的位置到達各噴槍位置的時間，然后控制泵6 開啟，壓力桶4 向涂料原料桶5 注入壓力，依次開啟各噴槍對應的電磁閥控制閥體，根據(jù)需要噴涂位置的大小，設置第一噴槍9 和第二噴槍11 的噴涂時間。

圖1 鋼板標識保護裝置布置結構

鋼板標識保護裝置噴涂過程均在線完成，不需要鋼板在噴涂過程中停止運行，在線噴涂中，鋼板位置的判斷與噴涂工作的啟停時間采用延時控制。

1.3 課題研究的意義

鋼板標識保護裝置自動噴涂作業(yè)取代傳統(tǒng)的人工噴涂，實現(xiàn)鋼板標識防腐蝕工藝，減輕了工人的勞動強度，保護了工人的健康，增強了生產(chǎn)線的安全系數(shù)，提高了工作效率和噴涂質(zhì)量，降低了噴涂的錯誤率，可實現(xiàn)整體噴涂過程的在線完成，不需要鋼板在噴涂過程中停止運行，工人從之前的體力勞動變?yōu)椴僮髟O備進行噴號，既有效保證了產(chǎn)線工人的作業(yè)安全系數(shù)，又顯著提高了產(chǎn)線的經(jīng)濟效益。

2 鋼板標識保護裝置概述

2.1 鋼板標識保護裝置主要參數(shù)

供電電源：交流220V±10%，50/60HZ，良好接地。環(huán)境溫度：-5±45℃。

空氣濕度：10%～90%，不凝結。

壓縮空氣：1 ～2m3/min。

防護等級：工業(yè)防護等級。

噴槍數(shù)：第一噴槍4 個、第二噴槍1 個。

噴印位置：延遲噴印。

噴印產(chǎn)品：鋼板側標、面標、鋼標護標。

護標模式：非接觸式。

2.2 鋼板標識保護裝置布置結構（圖1）

3 鋼板標識保護裝置問題及現(xiàn)象

3.1 設備問題描述

綜合某產(chǎn)線現(xiàn)場實際情況，主要發(fā)現(xiàn)以下5 個問題：（1）設備為手動操作，操作煩瑣且復雜；（2）人工識別、判斷鋼種存在滯后性，有質(zhì)量異常發(fā)生；（3）涂層較薄，保護效果差；（4）噴涂系統(tǒng)未并入油漆循環(huán)管網(wǎng)，噴頭組易堵塞；（5）設備維護位過于靠近輥道，存在嚴重安全隱患。

鋼板標識保護裝置是對鋼板的標識進行鍍膜防腐的自動噴涂設備。因小部分鋼板標識要求嚴禁護標，加之設備無鋼種自動識別功能，僅靠人工手動關閉，正是人工識別判斷鋼種存在滯后性造成誤噴涂導致客戶抱怨和質(zhì)量缺陷。圖2 中得以體現(xiàn)。

圖2 HQ 鋼種誤噴涂標識保護漆料

圖3 噴頭結構導致極易堵塞

問題三：漆料隔膜泵壓力不足，噴涂出漆量較少，保護效果較差。問題四：原噴頭組供漆管路無漆料循環(huán)管路，極易堵塞導致噴涂質(zhì)量差。問題五：日常設備維護進入轉(zhuǎn)動輥道作業(yè)，存在極大的安全隱患。

3.2 分析與優(yōu)化

3.2.1 自動化方面分析與優(yōu)化方案

問題（1）和問題（2）的實施對策——加入自動識別鋼種相關程序段并與二級服完成通信通訊。

鋼板標識保護裝置的PLC 端與二級服務端采用TCP/IP 通訊協(xié)議，PLC 端接收二級通訊數(shù)據(jù)并發(fā)送MC 協(xié)議格式報文。我們植入MC 協(xié)議解析程序，實現(xiàn)自動解析并識別MC 協(xié)議功能。MC 協(xié)議報文以標準ASCII 碼進行編碼，以關閉鋼板標識保護裝置噴涂為例，MC 協(xié)議報文及其解析內(nèi)容如圖4 所示。

圖4 MC 協(xié)議報文及其解析內(nèi)容

PLC 解析程序：

PLC 通訊信號監(jiān)控選項卡：

圖5的通訊控制點，實際為PLC 的面噴信號比較指令，指令信息為：=D706 K0。

圖5 PLC 解析程序

指令各部分含義：

=——賦值。

D706——數(shù)據(jù)寄存器D706。

K0——值為0 的常數(shù)。

此處表示當數(shù)據(jù)寄存器D706 中的值為0 時，邏輯導通。

當PLC 開機上電后，D706 中的值默認為0，此時導通。當通訊發(fā)送03FF000A4420000002C201000001 后，將數(shù)據(jù)寄存器D706 中的初始值0 賦值為1，此時截止。

當檢測到鋼板0.1s 后，防抖定時器T18 上升沿導通。因通訊控制點被二級通訊賦值為1，故此處程序截止，無法運行MOV K1 D52(MOV：傳送指令，K1 為常數(shù)1，D52 為數(shù)據(jù)寄存器D52。表示將常數(shù)1 傳送至寄存器D52)，D52 值為0。噴嘴噴涂步驟無法運行至第二段程序“= D52 K1”中，實現(xiàn)禁噴功能。

圖6中的D700、D702、D704、D706 為面噴、鋼印、側噴三者的通訊信號，邏輯為全等于0 時面噴、鋼印、側噴正常全噴，D700=1 就是全不噴，D702=0 只有側噴不噴，D704=0 只有鋼號不噴，D706=0 只有面噴不噴。其具體通訊控制邏輯同上。

圖6 PLC 通訊信號監(jiān)控選項卡

3.2.2 機械結構方面分析與優(yōu)化方案

問題（3）～（5）的分析與優(yōu)化：實施對策—改造桁架設備結構。

問題（3）和（4）現(xiàn)象：噴槍扇幅不完整，出現(xiàn)噴涂不均勻、噴幅中央過厚的情況；工件噴涂覆蓋面涂料量過少；噴槍噴嘴在線出現(xiàn)堵塞情況。問題（5）由于產(chǎn)線布局限制，鋼板標識保護裝置安裝位置的輥道下放有地坑。每班維護人員對噴槍嘴和霧化帽清理的時候，需產(chǎn)線待機，鋼板停止，維護人員在清理的時候，身體需上輥道踩在靜止的鋼板上面作業(yè)，存在人員安全隱患。

如圖7 所示，鋼板標識保護裝置設備包括來料檢測機構、涂料輸送機構、鋼板噴號打碼機構以及PLC 控制柜1；若將鋼板前進的方向定義為前方，則鋼板噴號打碼機構設于來料檢測機構的前方。來料檢測機構設置于輥道12 的側邊緣且共有相間隔（即具有一定距離）的兩組，每組來料檢測機構均各自包括L 形檢測架2 以及檢測傳感器3，檢測傳感器3 的檢測頭對準輥道12 上的鋼板。

圖7 改造前伺服桁架設備結構

圖8 改造后伺服桁架設備結構

圖9 改造后設備俯視結構

通過設置兩組來料檢測機構，可使在輥道輸送線上傳送的鋼板由第一組來料檢測機構檢測進料，由第二組來料檢測機構檢測出料后，后面的鋼板再傳送至第一組來料檢測機構處檢測進料，這樣便可使相鄰的兩塊鋼板之間一直保持一定的距離，確保安全且不會發(fā)生碰撞，不會影響前面一塊鋼板的噴涂工作。

涂料輸送機構包括位于輥道12 外部且依次連通的壓力桶4、涂料原料桶5 以及涂料泵6，壓力桶4 相當于氣動控制系統(tǒng)，用以將涂料原料桶5 內(nèi)的涂料壓入涂料泵6。

鋼板噴號打碼機構包括面碼噴涂機構和側碼噴涂機構。面碼噴涂機構包括L 形噴槍架7，L 形噴槍架7 的上部橫桿伸入輥道12 的上方且該上部橫桿上沿其軸向方向設有數(shù)個噴槍座8，每一噴槍座8 上對應設有噴嘴朝下的第一噴槍9。側碼噴涂機構包括側碼噴槍架10 以及設于側碼噴槍架10 上部的第二噴槍11，第二噴槍11的噴嘴對準鋼板的側邊。第一噴槍9 和第二噴槍11 均由對應的電磁閥控制啟閉。

第一噴槍9 通過L 形噴槍架7 布置在輥道12 的上方，第二噴槍11 通過側碼噴槍架10 布置在輥道12 的側面，以在鋼板的行進過程中，完成鋼板上各噴碼打碼區(qū)域的噴涂工作。

為了進一步優(yōu)化，加裝涂料原料桶5 內(nèi)設有與PLC控制柜1 連接的液位傳感器，PLC 控制柜1 上設有無涂料自動報警裝置，以在涂料不足時及時提醒工作人員補充。

為了進一步優(yōu)化，在第一噴槍9 和第二噴槍11 上加裝自動清洗裝置，加裝自動清洗裝置及其外連清洗桶（圖中未標出），并與PLC 控制柜1 連接，以便PLC 控制柜1 控制自動清洗裝置定期對噴槍的噴嘴進行定時清洗，防止其出現(xiàn)堵塞或者出料不暢導致的噴涂較薄的情況。

為了進一步優(yōu)化，將L 型的噴涂框架延長，并加裝伺服電機與傳送皮帶，由PLC 控制其帶動面碼噴涂機構可以在衍架上橫向移動。同時，將噴涂機構由固定式改為可移動式，實現(xiàn)噴碼打碼區(qū)域全覆蓋，位置準確?？蚣艿难娱L保證在維護人員作業(yè)的時候，產(chǎn)線正常運行，噴槍組件離線退出輥道，人員在安全位置清洗作業(yè)。優(yōu)化后的鋼板標識保護裝置整體控制系統(tǒng)通過PLC 程序控制，來料檢測機構檢測鋼板的來料位置，PLC 控制柜1根據(jù)編寫程序，依次完成噴涂位置的噴漆工作。前端的標識機工作完成后，輸送線上的輥道12 啟動，鋼板在輥道輸送線上前進，鋼板前端運行到位置檢測區(qū)域內(nèi)后，兩組具有一定距離的L 形檢測架2 上的檢測傳感器3 對鋼板進行來料判斷，來料信號經(jīng)PLC 控制柜1 判定鋼板的位置與鋼板運行的速度，再通過PLC 控制柜1 依次判定鋼板需要噴涂的位置到達各噴槍位置的時間，然后控制涂料泵6 開啟，壓力桶4 向涂料原料桶5 注入壓力，依次開啟各噴槍對應的電磁閥控制閥體，根據(jù)需要噴涂位置的大小，設置第一噴槍9 和第二噴槍11 的噴涂時間。在線噴涂中鋼板位置的判斷與噴涂工作的啟停時間采用延時控制。

4 結語

我國鋼鐵行業(yè)在國家經(jīng)濟中占據(jù)至關重要的位置。隨著科技的進步，鋼鐵行業(yè)也不再是使用幾十年前老舊生產(chǎn)設備的狀況。設備的更新、升級、改良對生產(chǎn)效益的提高有著顯著的效果。本文針對自動識別、噴涂質(zhì)量、遠程監(jiān)控、安全作業(yè)進行優(yōu)化，有助于提升設備維護人員、生產(chǎn)操作人員使用鋼板標識保護裝置自動噴涂系統(tǒng)作業(yè)效率及其安全性。