淺談中厚板材冷床自動搬運控制以及實現(xiàn)

李鵬

摘 要：中厚板是國家現(xiàn)代化不可缺少的一項鋼材品種，被廣泛用于大直徑輸送管、壓入容器、鍋爐、橋梁、海洋平臺、各類船艦、坦克裝甲、車輛、建筑構(gòu)件、機(jī)器結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域，其品種繁多，使用溫度要求廣泛（-20℃-600℃），使用環(huán)境要求復(fù)雜（耐候性、耐蝕性等），使用強(qiáng)度要求高（強(qiáng)韌性、焊接性能好等）。一般厚度在4mm以上的為中厚板（4-20mm的為中板，20-60mm為厚板，60mm以上的為特厚板）。中厚板一般有較高的綜合機(jī)械性能。力學(xué)性能要求有：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、剛度等。工藝性能要求有：焊接性能、淬透性、加工性、耐候性、耐蝕性、耐磨性、耐疲勞性、高溫特性、低溫特性等。中厚板廠軋鋼車間主要有加熱爐，粗軋機(jī)，精軋機(jī)，熱矯直機(jī)，冷床，切頭剪，圓盤剪，定尺剪，收集區(qū)等設(shè)備。目前我國建成投產(chǎn)和在建的中厚板生產(chǎn)線上，配備了不同型式和不同面積的冷床。本文主要闡述冷床設(shè)備在自動搬運過程中的自動化控制理論以及實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：中厚板材；冷床；自動搬運；西門子PLC

中圖分類號：S233 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）12-0056-01

在中厚板生產(chǎn)中，冷床是冶金軋鋼行業(yè)對軋制產(chǎn)品進(jìn)行有效冷卻的區(qū)域，其種類主要有拔齒式冷床、齒條步進(jìn)式冷床、撥爪式冷床、運載鏈?zhǔn)嚼浯?、滾盤式冷床等，其組成包括機(jī)械傳動系統(tǒng)、水冷卻系統(tǒng)、冷床工作臺面、固定支架等，本文涉及到的冷床為滾盤式冷床。鋼板出矯直機(jī)后，溫度仍舊很高，通常在550℃以上。為了防止矯直后的熱態(tài)鋼材在冷卻過程中發(fā)生變形，保持鋼材平直和滿足鋼材剪切的要求，需要在冷床上將鋼材盡可能冷卻至規(guī)定的溫度，一般要求經(jīng)冷床冷卻后鋼材溫度在150℃以下。冷床的作用除了冷卻鋼材外，還可均衡和緩沖軋制作業(yè)區(qū)與剪切等后部作業(yè)區(qū)在某一時間內(nèi)的產(chǎn)能不平衡問題。

1 冷床自動控制理論以及操作

熱矯直機(jī)將鋼板矯直完畢后，鋼板頭部即將進(jìn)入到冷床區(qū)域，操作工根據(jù)鋼板不同的厚度或者生產(chǎn)要求，會選擇其擺放到不同的冷床位置，板坯有了明確“目標(biāo)”自動控制系統(tǒng)會將鋼板自動擺放到冷床本體相應(yīng)的位置，然后停止，等待下一塊鋼板到來時，自動程序再次運行。在自動操作模式下生產(chǎn)過程可以連續(xù)自動進(jìn)行，所需過程數(shù)據(jù)由二級系統(tǒng)提供。由操作工通過HMI畫面輸入生產(chǎn)數(shù)據(jù)也可完成全自動運行。在自動模式下，手動操作優(yōu)先。在手動操作模式下操作人員通過操作臺上的操作開關(guān)或通過HMI上的操作畫面進(jìn)行操作，指定鋼板定位目標(biāo)，直接控制設(shè)備的運行或停止。在生產(chǎn)線的局部區(qū)域，當(dāng)自動操作模式難于實現(xiàn)或出于安全考慮，可設(shè)置為該種操作模式，有些區(qū)域當(dāng)采用手動操作模式時還可以提高作業(yè)率。

2 冷床自動控制實現(xiàn)

本文中主要針對兩個冷床進(jìn)行闡述，如圖1，操作臺HMI畫面設(shè)有四個選項，分別為“1#冷床頭對齊”；“1#冷床尾對齊”；“2#冷床頭對齊”；“2#冷床尾對齊”，用于操作工對鋼板在冷床擺放位置進(jìn)行選擇，只能選擇其中一個選項。冷床輸入輥道分布有四個定位光檢，分別位于1#冷床和2#冷床輸入輥道的入口與出口。冷床本體分布有四個光檢，分別位于1#冷床和2#冷床本體入口的入口兩端。

假設(shè)操作工選擇2#冷床頭對齊，熱矯直機(jī)將鋼板矯直完畢在進(jìn)入冷床區(qū)域前，熱矯直機(jī)PLC會發(fā)送冷床輥道轉(zhuǎn)動的請求信號，鋼板頭部進(jìn)入冷床運輸輥道區(qū)域，1#冷床入口光檢檢測到有鋼板后，觸發(fā)自動搬運程序，開始內(nèi)部計算跟蹤長度，定義當(dāng)前位置為鋼板的0米位置。到輥道第二個光檢后，因為跟蹤計算是輥道的轉(zhuǎn)速積分得來，可能會存在誤差，到達(dá)第二個光檢，頭部跟蹤信號會得到修正，把頭部跟蹤修正成物理實際位置，已得到最準(zhǔn)確的數(shù)值。因為選擇的是2#冷床頭對齊，物理實際位置是90米，所以鋼板仍會自動全速運行，鋼板頭部跟蹤計算到85米的位置，輥道會減速到之前速度的1/4，直到2#冷床輸入輥道出口光檢檢測到鋼板頭部信號后停止。此時產(chǎn)生自動定位完成信號，發(fā)送給橫移鏈條，橫移鏈條開始上升，將鋼板從定位好的輥道上托起，鏈條上升到位后，鏈條帶著鋼板向前旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過x秒（與現(xiàn)場實際需要定時間）后鋼板邊緣接近冷床本體滾盤，冷床本體滾盤開始與鏈條一起旋轉(zhuǎn)，這時2#冷床本體兩端的光檢已經(jīng)檢測到鋼板，產(chǎn)生“正在上鋼”信號，當(dāng)鋼板經(jīng)過幾秒時間，鋼板已經(jīng)完全到達(dá)冷床本體，鋼板離開光檢時，光檢信號消失，PLC判斷上鋼完成，滾盤與鏈條同時停止轉(zhuǎn)動，橫移鏈條下降到最低位，設(shè)備回到了原始位，等待下一塊鋼板到來。

本系統(tǒng)在自動化控制方面，主PLC采用西門子400系列，HMI操作畫面由WinCC編寫。主PLC控制柜安裝在電氣室，由工業(yè)空調(diào)以及除濕機(jī)保證不間斷的運行。現(xiàn)場1#冷床和2#冷床設(shè)置兩個遠(yuǎn)程IO站，用于連接現(xiàn)場傳感器，與主PLC通過DP網(wǎng)絡(luò)通訊?，F(xiàn)場傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)電壓直流24伏，由于鋼板到達(dá)冷床區(qū)域溫度已經(jīng)降低到550℃以下，不能采用熱金屬檢測儀，所以用于定位的傳感器采用可見光紅外反射式光檢，一端發(fā)射接收信號，另外一端是反射鏡，當(dāng)鋼板到來時，便可以擋住發(fā)射光束，使光檢產(chǎn)生數(shù)字信號。橫移鏈條的升降位檢測由PNP型接近開關(guān)完成。在上鋼和下鋼位置設(shè)有兩個操作臺，分別設(shè)有帶燈按鈕的操作面板，能夠讓操作工對單體設(shè)備進(jìn)行選擇和操作，每個操作臺設(shè)一臺HMI操作畫面，用于對鋼板進(jìn)行位置設(shè)定以及觀察各傳感器狀態(tài)。

3 結(jié)語

本篇文章主要講解了熱軋板在上冷床過程中的自動化控制原理與實現(xiàn)，沒有涉及到下冷床控制，原理與控制和上冷床類似，所以不再闡述。二級模型在文中并未體現(xiàn)，因為在一級PLC系統(tǒng)中完全可以進(jìn)行一些簡單的跟蹤計算，比如鋼板頭部跟蹤，長度信息，板坯號等，如果因為生產(chǎn)要求，加入板坯上游與下游區(qū)域信息的跟蹤，需要要加入二級模型的計算。

中厚板廠冷床自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用是基于西門子400系列PLC技術(shù)的成熟以及廠區(qū)內(nèi)相關(guān)設(shè)備的完善所構(gòu)建起來的，擁有較為完善的現(xiàn)場控制器和執(zhí)行器，采用傳感器比較少，執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡單可靠，如果沒有二級模型冷床也可以根據(jù)操作工預(yù)先設(shè)定好的位置進(jìn)行自動搬運，再者就是人力方面的可靠性，操作工可以在整個自動搬運自動上鋼過程中進(jìn)行干預(yù)，避免不必要的生產(chǎn)事故產(chǎn)生，各專業(yè)維護(hù)人員對設(shè)備定期維護(hù)，保證設(shè)備7x24小時良好的運行。

參考文獻(xiàn)

[1]zhouying302.百度文庫武鋼中厚板生產(chǎn)工藝介紹，2011，（08）.

[2]孫本榮，王有銘，陳瑛.中厚鋼板生產(chǎn)[M].北京冶金工業(yè)出版社，1993.

[3]張景進(jìn).中厚板生產(chǎn)[M].北京冶金工業(yè)出版社，2005.