大型生產(chǎn)線碼垛工藝優(yōu)化的開發(fā)與應(yīng)用

張 慧

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司設(shè)備檢修中心，山東萊蕪 271104）

0 引言

型鋼廠大型生產(chǎn)線的H450×200H500×200 等規(guī)格碼垛節(jié)奏為1100 t 左右，與連鑄小時產(chǎn)能1300 t 不匹配，軋鋼產(chǎn)能=連鑄產(chǎn)能×110%=1430 t，班產(chǎn)差330 t，3600 t 一個生產(chǎn)計(jì)劃要剩余1000 t，導(dǎo)致BB2 坯料生產(chǎn)組織困難，熱送熱裝率低，無法實(shí)現(xiàn)正常的坯料優(yōu)化定尺，產(chǎn)量損失大、煤氣消耗高、成材率和定尺率指標(biāo)低。碼垛工序成為規(guī)格生產(chǎn)產(chǎn)量的瓶頸環(huán)節(jié)。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 原西馬克設(shè)計(jì)功能分析

碼垛區(qū)域的工藝過程及自動控制分別由西馬克與西門子公司完成，其技術(shù)水平在當(dāng)時是世界領(lǐng)先的。其中工藝過程為碼垛機(jī)在成層位置下降至勵磁位置建立勵磁等待勵磁結(jié)束，碼垛機(jī)提升至平移位置碼垛機(jī)開始平移，當(dāng)平移至堆垛位置開始下降，下降到位后發(fā)出消磁命令，等待放磁完成后開始提升，提升到平移位置后開始后退平移至成層位置完成一個工作循環(huán)。其中的關(guān)鍵參數(shù)：碼垛機(jī)橫移速度1.0 m/s，勵磁時間1 s，放磁時間1.5～2.5 s，碼垛橫移時間4～5 s，各位置定位響應(yīng)時間0.1～0.2 s。

1.2 改造前碼垛機(jī)運(yùn)行參數(shù)分析

碼垛機(jī)運(yùn)行時間接近15 年，運(yùn)行狀態(tài)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離當(dāng)初設(shè)計(jì)的功能。根據(jù)碼垛機(jī)橫移機(jī)提升的相關(guān)PDA 記錄繪制改造前碼垛機(jī)一個工作循環(huán)的速度控制曲線（圖1）。

圖1 改造前碼垛機(jī)升降及橫移速度控制曲線

從圖1 可以看出，碼垛機(jī)的運(yùn)行參數(shù)與初始設(shè)計(jì)存在較大的偏差。其中關(guān)鍵參數(shù)：勵磁時間3 s，橫移速度為0.3 m/s 左右，放磁時間為6 s，各位置的定位響應(yīng)時間為1～1.5 s。其中在下降吸鋼過程中還多了一個等待位置耗時1.5 s 左右。

2 改造方案及實(shí)施

2.1 碼垛機(jī)橫移位移檢測手段的改造

原碼垛機(jī)橫移位移的檢測靠電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器來進(jìn)行，由于檢測精度要求較高，此種檢測方式容易將機(jī)械傳動上的間隙引入檢測值，由于機(jī)械傳動上的間隙是一個隨時變化和無法控制的量，因此會將一個不穩(wěn)定的誤差累計(jì)到被檢測的位移量上，造成碼垛機(jī)橫移位置定位不準(zhǔn)。為了能夠直接測出碼垛橫移機(jī)的實(shí)際位移量，改用激光測距儀對實(shí)際位移量進(jìn)行直接檢測。

在碼垛橫移機(jī)上加裝反射擋板，將激光測距儀安裝在碼垛橫移機(jī)行程盡頭的臺架上并進(jìn)行固定。這樣激光測距儀檢測的距離的變化就能直接反映碼垛橫移機(jī)位移的變化，且精度提高到1 mm 內(nèi)。滿足了碼垛橫移機(jī)的定位要求。

2.2 碼垛橫移機(jī)速度控制及定位功能程序優(yōu)化

目前津西碼垛機(jī)的橫移時間為9 s，而實(shí)際橫移時間需要14 s，說明碼垛橫移機(jī)的速度控制及定位功能的程序上存在問題。通過對碼垛機(jī)橫移波形的分析，發(fā)現(xiàn)碼垛機(jī)橫移的速度達(dá)不到給定的最大值便開始減速。減速運(yùn)行時間過長。通過對定位控制程序的解讀發(fā)現(xiàn)造成這一現(xiàn)象的直接原因是定位程序中自動換算的定位減速點(diǎn)過于靠前，使碼垛機(jī)提前減速。

碼垛機(jī)減速點(diǎn)位置=碼垛終點(diǎn)位置-減速區(qū)間位移。碼垛減速區(qū)間位移=0.5×a×t2=0.5×a×（V/a）2=V2/2a，其中a 為定位減速度，由此可見減速點(diǎn)位置只與定位減速度有關(guān)，其數(shù)值設(shè)置越小減速點(diǎn)越靠前。經(jīng)過參數(shù)對照發(fā)現(xiàn)定位減速度設(shè)置為0.02，明顯過小，將其修改為0.15，這樣橫移速度便能達(dá)到給定的最大速度，橫移時間大大縮短。

2.3 碼垛順控程序優(yōu)化

在碼垛機(jī)下降吸鋼的過程中，原設(shè)計(jì)有一對吸鋼位有無鋼的判斷，這個判斷是在碼垛機(jī)下降停止后進(jìn)行的，這樣無論下面有沒有戶鋼碼垛機(jī)下降到判斷位置都會停止等待然后再下降吸鋼，造成了不必要的浪費(fèi)。通過程序修改將判斷位置改在橫移時進(jìn)行判斷，取消了下降的等待時間，去除了不必要的浪費(fèi)。

在碼垛機(jī)下降吸鋼過程中，在勵磁位置高度誤差＜100 mm時觸發(fā)勵磁命令，同時碼垛機(jī)繼續(xù)下降至勵磁高度，節(jié)省建立勵磁的時間。

碼垛機(jī)吸鋼完畢上升時，在高位到位誤差＜100 mm 時觸發(fā)平移命令，同時碼垛機(jī)在平移過程中繼續(xù)上升至高位，節(jié)省平移時間。

2.4 碼垛勵磁系統(tǒng)控制程序解讀

由于碼垛勵磁系統(tǒng)控制程序編制的過于復(fù)雜，在程序的解讀上存在很大的難度，但從碼垛區(qū)域的波形記錄分析，碼垛的勵磁時間及放磁時間似乎都被固化為3 s 和6 s，這明顯是不合理的。要想這一問題能得到印證和解決就必須要對碼垛勵磁系統(tǒng)的控制程序進(jìn)行解讀。

通過對程序的解讀發(fā)現(xiàn)，原程序設(shè)計(jì)的勵磁時間與放磁時間都是基于計(jì)時器的時間固化。勵磁時間被固化為3 s，放磁時間被固化為DB1.DBW80 里的時間為6 s，電流的實(shí)際值沒有引入控制程序參與程序的控制。而從勵磁系統(tǒng)的實(shí)際工作波形來看明顯是不合理的。

2.5 新控制程序的編制

碼垛電磁系統(tǒng)需要的是磁力，而磁力在正常工況下只與通過吸盤中的電流大小有關(guān)系，因此碼垛勵磁系統(tǒng)的勵磁時間與放磁時間都應(yīng)該根據(jù)電流的實(shí)際變化來進(jìn)行確定。

在對碼垛工藝流程進(jìn)行了充分的了解，并對原控制程序的工藝流程進(jìn)行了詳細(xì)解讀的前提下，顛覆了原有的控制功能，設(shè)計(jì)新的控制程序。將勵磁電流作為被控變量引入控制程序，參與控制程序的條件判斷。在勵磁電流實(shí)際值達(dá)到給定電流的80%時，勵磁控制程序給出勵磁OK 的反饋信號，使勵磁等待時間大大縮短。根據(jù)1，2，3 區(qū)勵磁電流大小的不同，勵磁時間分別由3 s 縮短至1.2 s、1.3 s、2 s。在對電磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了充分的預(yù)估分析后，對放磁過程進(jìn)行了優(yōu)化。對原設(shè)計(jì)的放磁過程進(jìn)行拆分控制，使整個放磁時間急劇縮短。目前碼垛1 區(qū)與碼垛2區(qū)放磁時間由原來的6 s 縮短到目前的1.3 s 和1.5 s 以內(nèi)，碼垛3 區(qū)由6 s 縮短到2.5 s。

同時增加勵磁擋位控制功能，以滿磁的70%為基數(shù)，每一擋增加5%的滿磁磁力進(jìn)行7 擋磁力選擇，即1～7 擋磁力分別為滿磁磁力的70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%?，F(xiàn)場操作人員可以根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格選擇合適的擋位以滿足工藝要求，基本能夠做到以勵磁系統(tǒng)運(yùn)行于最小可靠工作電流。上文所提到節(jié)省的時間都是在滿磁工作下節(jié)省的時間，如果磁力擋位下調(diào)，節(jié)省的時間會更多。

3 結(jié)語

經(jīng)過對碼垛節(jié)奏優(yōu)化后，碼垛一個工作循環(huán)從58 s 降低到36 s，節(jié)奏提升30%以上，經(jīng)過3 個區(qū)的聯(lián)合試用，運(yùn)行效果良好，碼垛的生產(chǎn)節(jié)奏得到了大幅提高，碼垛作為某些產(chǎn)品規(guī)格產(chǎn)能瓶頸的問題得到解決。