中小型棒材精整收集區(qū)域電氣控制設(shè)備的選型設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試

周輝

摘要：文章敘述了中小型棒材精整收集區(qū)域電氣控制設(shè)備的選型設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試，對(duì)中小型棒材產(chǎn)品規(guī)格、生產(chǎn)線區(qū)域、精整收集區(qū)域生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行了說明，并對(duì)精整收集區(qū)域中的落鋼機(jī)、打捆機(jī)的選型設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試及打捆機(jī)自動(dòng)打捆和成品自動(dòng)稱重的程序設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：中小型棒材；精整收集區(qū)域；電氣控制設(shè)備；選型設(shè)計(jì)；安裝調(diào)試 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG333 文章編號(hào)：1009-2374（2016）16-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.008

1 概述

中小型棒材產(chǎn)品規(guī)格包括截面直徑為Ф50mm以下的螺紋鋼和圓柱形鋼，其廣泛應(yīng)用于冶金、建筑、機(jī)械制造、化工等行業(yè)，需求量非常大。

中小型棒材生產(chǎn)線一般分為加熱區(qū)域、軋制區(qū)域、冷卻定尺區(qū)域和精整收集區(qū)域。其將鋼坯由加熱爐進(jìn)行加熱，輸送至軋鋼機(jī)進(jìn)行軋制，之后進(jìn)行冷床冷卻和定尺切割。中小型棒材生產(chǎn)線定尺切割一般為剪切或鋸切，定尺切割完畢后進(jìn)入精整收集區(qū)域。精整收集區(qū)域生產(chǎn)工藝流程為：將切割好定尺材由輥道輸送至精整收集鏈，在精整收集鏈數(shù)支計(jì)數(shù)分組并剔除殘次鋼支，之后鋼材落入落鋼機(jī)，由落鋼機(jī)輥道輸送至打捆機(jī)進(jìn)行打捆。打捆后的每一捆鋼材即為成品鋼材，經(jīng)成品收集鏈輸送并進(jìn)行稱重，最后吊運(yùn)。

中小型棒材精整收集區(qū)域的機(jī)械設(shè)備包括精整收集鏈、落鋼機(jī)、打捆機(jī)、成品手機(jī)鏈以及生產(chǎn)流程中相應(yīng)的輸送輥道。下面將對(duì)精整收集區(qū)域中的落鋼機(jī)、打捆機(jī)的選型設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試及打捆機(jī)自動(dòng)打捆和成品自動(dòng)稱重的程序設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

2 落鋼機(jī)電氣控制的選型設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試

落鋼機(jī)是將每一組計(jì)好數(shù)的鋼材捆托舉落下，以便于下一步進(jìn)行打捆。在實(shí)際應(yīng)用中，落鋼機(jī)可設(shè)計(jì)成多種機(jī)械結(jié)構(gòu)，下面對(duì)其中一種結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。該落鋼機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)為一根旋轉(zhuǎn)主軸帶動(dòng)柳葉形狀翻轉(zhuǎn)臂來完成落鋼流程。鋼材由傳輸鏈送至翻轉(zhuǎn)臂接鋼面（凹面）上，翻轉(zhuǎn)臂翻轉(zhuǎn)180°，鋼材落至落鋼機(jī)下部輥道上，并且柳葉形狀翻轉(zhuǎn)臂另一半接鋼面回到初始位置，這樣落鋼機(jī)完成一個(gè)工作流程。

確定機(jī)械結(jié)構(gòu)后，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型。落鋼機(jī)驅(qū)動(dòng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)選用一臺(tái)15kW變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，安裝至主軸一端。選用一臺(tái)ANSROBICON GT3000 29kVA變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。安裝停止位和減速位工位檢測(cè)元件。

下面對(duì)落鋼機(jī)變頻器及PLC控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)電機(jī)和變頻器選型編制落鋼機(jī)變頻器傳動(dòng)參數(shù)，可選用V/f控制方式。根據(jù)落鋼機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整電機(jī)運(yùn)行速度，并與檢測(cè)原件增加連鎖。

考慮在帶載時(shí)，落鋼機(jī)在動(dòng)作過程中可能出現(xiàn)以下問題：

第一，落鋼機(jī)帶載運(yùn)行時(shí)機(jī)械沖擊力大，做不到輕拿輕放，容易引起鋼材劃傷和摔傷。

第二，落鋼機(jī)運(yùn)行到位停止時(shí)出現(xiàn)定位不準(zhǔn)確和溜車現(xiàn)象，容易引起生產(chǎn)和機(jī)械設(shè)備事故。

第三，落鋼機(jī)翻轉(zhuǎn)臂運(yùn)行速度為固定速度，不利于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

因此，可針對(duì)以上問題采取措施：

第一，針對(duì)落鋼機(jī)翻轉(zhuǎn)臂帶載運(yùn)行時(shí)機(jī)械沖擊力大，做不到輕拿輕放。在傳動(dòng)參數(shù)中可加入上升和下降積分時(shí)間功能：

使用P22.22參數(shù)，設(shè)定為P22.22=0.5sec，從0上升/下降時(shí)間（連續(xù)速度）到給定時(shí)間的上升和下降積分參數(shù)，設(shè)定積分為S形，即在速度進(jìn)行加減速時(shí)有一個(gè)弧形的積分曲線。

設(shè)置P2214=*10（上升積分時(shí)間放大10倍），P2215=*10（下降積分時(shí)間放大10倍）可設(shè)定出S形曲線的弧度。

第二，針對(duì)落鋼機(jī)翻轉(zhuǎn)臂停止時(shí)出現(xiàn)定位不準(zhǔn)確和溜車現(xiàn)象，加入減速位，落鋼機(jī)旋轉(zhuǎn)90°時(shí)減速運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)180°時(shí)停止。加入減速位在運(yùn)行過程中降速，同樣可以是運(yùn)行平滑，避免鋼材產(chǎn)品出現(xiàn)摔傷和劃傷。

第三，針對(duì)翻轉(zhuǎn)臂運(yùn)行速度固情況，在畫面中加入落鋼機(jī)速度修改框，針對(duì)不同生產(chǎn)情況可在畫面上修改落鋼機(jī)翻轉(zhuǎn)臂的運(yùn)行速度和減速速度。

此種落鋼機(jī)電氣控制設(shè)計(jì)的好處在于使用旋轉(zhuǎn)一個(gè)動(dòng)作環(huán)節(jié)，只使用兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，動(dòng)作流程簡(jiǎn)單，設(shè)備故障率降低。翻轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)行在傳動(dòng)參數(shù)中加入上升和下降積分時(shí)間功能，在啟停過程中加入減速位，使運(yùn)行曲線平滑，減輕翻轉(zhuǎn)臂帶載運(yùn)行時(shí)的機(jī)械沖擊力，消除了翻轉(zhuǎn)臂停止時(shí)定位不準(zhǔn)確和溜車現(xiàn)象，使得鋼材降落時(shí)得到緩沖，避免了鋼材摔傷現(xiàn)象。同時(shí)在畫面中可針對(duì)不同生產(chǎn)情況修改落鋼機(jī)翻轉(zhuǎn)臂的運(yùn)行速度和減速速度。

3 打捆機(jī)電氣控制的選型設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試

針對(duì)單、雙道不同的打捆形式，打捆機(jī)選用瑞典SUND/BIRSTA公司KNCA-7/800和KNCA-7/800D打捆機(jī)。KNCA-7/800D型號(hào)打捆機(jī)雙道打捆功能，能夠更大程度地消除成品松散、散捆等質(zhì)量問題，尤其可以滿足多次吊裝和遠(yuǎn)洋運(yùn)輸，保證了出口材的質(zhì)量?？刂葡到y(tǒng)采用西門子S7-300帶一套S7-200S遠(yuǎn)程站。下一步進(jìn)行打捆機(jī)安裝調(diào)試。

第一，選定控制配電柜安裝位置，對(duì)配電柜進(jìn)行安裝。

第二，根據(jù)兩臺(tái)打捆機(jī)的容量，選用進(jìn)線電源線路為3×16mm2+1×10mm2橡套電纜。

第三，接入380V三相電源和地線，測(cè)量380V進(jìn)線電壓和24V電源電壓。

第四，測(cè)試液壓主泵、循環(huán)泵以及配電柜內(nèi)各元器件是否正常。

第五，對(duì)油箱加油，編制程序?yàn)橛拖浼訜崞?5℃時(shí)開始加熱，40℃時(shí)停止。冷卻器52℃開始冷卻，47℃停止。

第六，編制主泵和循環(huán)泵啟停程序，啟動(dòng)主泵和循環(huán)泵，主泵風(fēng)扇順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正轉(zhuǎn)，循環(huán)泵冷卻風(fēng)扇吹向打捆機(jī)本體為正轉(zhuǎn)。

第七，調(diào)節(jié)各部件動(dòng)作油壓，系統(tǒng)油壓設(shè)定為10MPa；壓線輪壓力設(shè)定為5～7MPa；扭結(jié)裝置壓力設(shè)定為4.5MPa；安全壓力為13MPa。

第八，對(duì)打捆機(jī)單步運(yùn)行進(jìn)行編程調(diào)試。

完成打捆機(jī)打捆單步編程調(diào)試后，對(duì)打捆機(jī)進(jìn)行打捆自動(dòng)編程和調(diào)試，打捆機(jī)的工藝流程為：

第一，打捆機(jī)在初始位。

第二，喂線，S2接近開關(guān)檢測(cè)到線時(shí)停止喂線。

第三，打捆頭下降，S3接近開關(guān)無信號(hào)時(shí)表明鋼捆處于打捆位置。

第四，當(dāng)S4接近開關(guān)無信號(hào)時(shí)表明整個(gè)線道已有線，此時(shí)夾具1將鋼頭夾住。

第五，收線，當(dāng)線收緊后，位于喂線輪上的編碼器碼數(shù)變化為零，此時(shí)認(rèn)為收線結(jié)束。

第六，夾具2夾住打捆線尾部。

第七，扭結(jié)，編碼器S16計(jì)算扭結(jié)的圈數(shù)，線頭會(huì)在固定剪刃上扭斷。

第八，打捆線夾具在扭結(jié)半圈時(shí)打開。

第九，打捆頭上升。

第十，扭結(jié)頭復(fù)位，完成一次打捆流程。

根據(jù)打捆流程對(duì)打捆機(jī)進(jìn)行打捆自動(dòng)的編程和調(diào)試，完成打捆機(jī)的本地和遠(yuǎn)程操作，可實(shí)現(xiàn)打捆機(jī)單步和自動(dòng)打捆。調(diào)試過程中，針對(duì)打捆后成品松散、容易散捆等問題，打捆扭結(jié)碼盤圈數(shù)要設(shè)置為4圈，打捆不易散捆并且打捆線不容易繃斷。收線長(zhǎng)度碼盤設(shè)置為合適碼數(shù)，可以使收線松緊適度，以滿足不同規(guī)格生產(chǎn)要求。

4 打捆機(jī)自動(dòng)打捆程序設(shè)計(jì)

編程思路：將自動(dòng)打捆模式分為4種，即選擇1#打捆機(jī)（KNCA-7/800）單獨(dú)自動(dòng)打捆、選擇2#打捆機(jī)（KNCA-7/800D）自動(dòng)打捆、選擇1#打捆機(jī)+2#打捆機(jī)設(shè)定單道次自動(dòng)打捆及選擇1#打捆機(jī)+2#打捆機(jī)設(shè)定首尾雙道次自動(dòng)打捆。

設(shè)定檢測(cè)打捆件檢測(cè)元件在1#打捆機(jī)處，設(shè)打捆件長(zhǎng)度為L(zhǎng)，打捆道次為N，L1為兩臺(tái)打捆機(jī)之間的距離，輥道運(yùn)行線速度為v，輥道每走t秒后進(jìn)行一次打捆。

選擇1#打捆機(jī)自動(dòng)打捆時(shí)，每運(yùn)行vt距離進(jìn)行一次打捆，則。

選擇2#打捆機(jī)自動(dòng)打捆時(shí)，第一次運(yùn)行（vt+L1）距離進(jìn)行打捆，以后每運(yùn)行vt距離進(jìn)行一次打捆，第一次進(jìn)行打捆時(shí)需再延時(shí)t1，則，。第一次打捆需多延時(shí)，以后每間隔時(shí)間進(jìn)行一次打捆。

選擇1#打捆機(jī)+2#打捆機(jī)設(shè)定單道次自動(dòng)打捆，當(dāng)為偶數(shù)道次時(shí)，每運(yùn)行（vt+L1）進(jìn)行一次打捆，到最后一次打捆時(shí)，應(yīng)留尾部長(zhǎng)度為vt，得出，則；當(dāng)為奇數(shù)道次時(shí)，每運(yùn)行（vt+L1）進(jìn)行一次打捆，打最后一道次時(shí)運(yùn)行vt后，由2#打捆機(jī)單獨(dú)完成，留尾部長(zhǎng)度為vt，得出，則。

選擇1#打捆機(jī)+2#打捆機(jī)設(shè)定首尾雙道次自動(dòng)打捆，當(dāng)為奇數(shù)道次時(shí)，和選擇1#打捆機(jī)+2#打捆機(jī)設(shè)定單道次自動(dòng)打捆方式相同，只在程序中設(shè)定第一次打捆和最后一次打捆打雙道即可；當(dāng)為偶數(shù)數(shù)道次時(shí)，前次打捆與選擇1#打捆機(jī)+2#打捆機(jī)設(shè)定單道次自動(dòng)打捆相同，只第一次打捆設(shè)定為雙道打捆，后兩次打捆均由2#打捆機(jī)完成，最后兩次打捆第一次需運(yùn)行（vt+L1）距離進(jìn)行打捆，最后一次打捆運(yùn)行vt距離，并留尾部長(zhǎng)度為vt，得出，則。

通過以上數(shù)學(xué)計(jì)算進(jìn)行編程，可在操作面板上設(shè)定打捆件長(zhǎng)度、打捆道次和自動(dòng)打捆模式參數(shù)，理論上可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打捆。

在調(diào)試中自動(dòng)打捆時(shí)與理論計(jì)算會(huì)產(chǎn)生一定偏差情況，由于輥道與打捆件之間的摩擦力、輥道起停時(shí)間及鋼溫等一些外部因素的影響引起，因此在自動(dòng)打捆程序中可增加一個(gè)修正系數(shù)參數(shù)，崗位人員可以根據(jù)不同打捆件情況，在操作面板上調(diào)節(jié)修正系數(shù)參數(shù)來消除外部因素對(duì)自動(dòng)打捆長(zhǎng)度的影響。在操作面板上設(shè)定自動(dòng)打捆模式、打捆件長(zhǎng)度、打捆道次和修正系數(shù)4個(gè)參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)不同品種定尺材的自動(dòng)打捆。

5 成品自動(dòng)稱重程序設(shè)計(jì)

在成品收集輸入輥道最前方加入冷金屬檢測(cè)器1，在稱重稱體處加入冷金屬檢測(cè)器2。在成品收集升降鏈加入高、低位接近開關(guān)。

編程思路：打捆好的成品在成品收集輸入輥道進(jìn)行至最前方時(shí)，冷金屬檢測(cè)器1檢測(cè)到信號(hào)，成品收集升降鏈上升至高位，鏈條運(yùn)行。將打捆好的成品運(yùn)送至稱體上方時(shí)，冷金屬檢測(cè)器2檢測(cè)到成品鋼材，鏈條自動(dòng)下降至低位后，遠(yuǎn)程PLC通過網(wǎng)絡(luò)向稱重系統(tǒng)發(fā)出控制字，命令稱體開始稱重；稱重完畢后，稱體回饋遠(yuǎn)程PLC狀態(tài)字，稱重完成，可實(shí)現(xiàn)稱重系統(tǒng)自動(dòng)稱重。

6 結(jié)語

以上對(duì)中小型棒材生產(chǎn)線精整收集區(qū)域中的落鋼機(jī)、打捆機(jī)的選型設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試及打捆機(jī)自動(dòng)打捆和成品自動(dòng)稱重的程序設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，其中提到的一些設(shè)計(jì)理念是在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的工藝和設(shè)備故障中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，可為一些相類似的電氣控制設(shè)備的選型設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試提供技術(shù)借鑒。