淺析鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置在自動(dòng)噴涂作業(yè)中的優(yōu)化

趙常偉，邢超志，賈愛(ài)斌，劉彥川，楊彥廣，李國(guó)鵬

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200）

1 緒論

1.1 選題背景及目的

隨著我國(guó)工業(yè)建設(shè)的快速發(fā)展，鋼鐵是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，寬厚板產(chǎn)品更是逐漸衡量一個(gè)國(guó)家鋼鐵工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。目前，中厚板生產(chǎn)線上自動(dòng)噴涂作業(yè)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的人工噴涂，實(shí)現(xiàn)鋼板標(biāo)識(shí)防腐蝕工藝，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)了工人的健康，增強(qiáng)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(cuò)誤率，可實(shí)現(xiàn)整體噴涂過(guò)程的在線完成，不需要鋼板在噴涂過(guò)程中停止運(yùn)行，工人從之前的體力勞動(dòng)變?yōu)椴僮髟O(shè)備進(jìn)行噴號(hào)，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(jì)效益。鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置在自動(dòng)噴涂作業(yè)中的優(yōu)化實(shí)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(dòng)噴涂護(hù)標(biāo)系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，結(jié)合某品牌MC 協(xié)議和GX Works2 編程軟件進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，建立改進(jìn)型標(biāo)識(shí)保護(hù)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(jī)處噴碼完成后，輥道輸送線上的輥道12 啟動(dòng)，鋼板在輥道輸送線上前進(jìn)，鋼板前端運(yùn)行到位置檢測(cè)區(qū)域后，如圖1 所示，兩組具有一定距離的檢測(cè)架2 上的檢測(cè)傳感器3 對(duì)鋼板進(jìn)行來(lái)料判斷，來(lái)料信號(hào)經(jīng)PLC 控制柜1 判定鋼板的位置與鋼板運(yùn)行的速度，再通過(guò)PLC 控制柜1 依次判定鋼板需要噴涂料的位置到達(dá)各噴槍位置的時(shí)間，然后控制泵6 開(kāi)啟，壓力桶4 向涂料原料桶5 注入壓力，依次開(kāi)啟各噴槍對(duì)應(yīng)的電磁閥控制閥體，根據(jù)需要噴涂位置的大小，設(shè)置第一噴槍9 和第二噴槍11 的噴涂時(shí)間。

圖1 鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置布置結(jié)構(gòu)

鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置噴涂過(guò)程均在線完成，不需要鋼板在噴涂過(guò)程中停止運(yùn)行，在線噴涂中，鋼板位置的判斷與噴涂工作的啟停時(shí)間采用延時(shí)控制。

1.3 課題研究的意義

鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置自動(dòng)噴涂作業(yè)取代傳統(tǒng)的人工噴涂，實(shí)現(xiàn)鋼板標(biāo)識(shí)防腐蝕工藝，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)了工人的健康，增強(qiáng)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(cuò)誤率，可實(shí)現(xiàn)整體噴涂過(guò)程的在線完成，不需要鋼板在噴涂過(guò)程中停止運(yùn)行，工人從之前的體力勞動(dòng)變?yōu)椴僮髟O(shè)備進(jìn)行噴號(hào)，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(jì)效益。

2 鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置概述

2.1 鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)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(jié)。

壓縮空氣：1 ～2m3/min。

防護(hù)等級(jí)：工業(yè)防護(hù)等級(jí)。

噴槍數(shù)：第一噴槍4 個(gè)、第二噴槍1 個(gè)。

噴印位置：延遲噴印。

噴印產(chǎn)品：鋼板側(cè)標(biāo)、面標(biāo)、鋼標(biāo)護(hù)標(biāo)。

護(hù)標(biāo)模式：非接觸式。

2.2 鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置布置結(jié)構(gòu)（圖1）

3 鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置問(wèn)題及現(xiàn)象

3.1 設(shè)備問(wèn)題描述

綜合某產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，主要發(fā)現(xiàn)以下5 個(gè)問(wèn)題：（1）設(shè)備為手動(dòng)操作，操作煩瑣且復(fù)雜；（2）人工識(shí)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(hù)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(shè)備維護(hù)位過(guò)于靠近輥道，存在嚴(yán)重安全隱患。

鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置是對(duì)鋼板的標(biāo)識(shí)進(jìn)行鍍膜防腐的自動(dòng)噴涂設(shè)備。因小部分鋼板標(biāo)識(shí)要求嚴(yán)禁護(hù)標(biāo)，加之設(shè)備無(wú)鋼種自動(dòng)識(shí)別功能，僅靠人工手動(dòng)關(guān)閉，正是人工識(shí)別判斷鋼種存在滯后性造成誤噴涂導(dǎo)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(biāo)識(shí)保護(hù)漆料

圖3 噴頭結(jié)構(gòu)導(dǎo)致極易堵塞

問(wèn)題三：漆料隔膜泵壓力不足，噴涂出漆量較少，保護(hù)效果較差。問(wèn)題四：原噴頭組供漆管路無(wú)漆料循環(huán)管路，極易堵塞導(dǎo)致噴涂質(zhì)量差。問(wèn)題五：日常設(shè)備維護(hù)進(jìn)入轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)化方面分析與優(yōu)化方案

問(wèn)題（1）和問(wèn)題（2）的實(shí)施對(duì)策——加入自動(dòng)識(shí)別鋼種相關(guān)程序段并與二級(jí)服完成通信通訊。

鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置的PLC 端與二級(jí)服務(wù)端采用TCP/IP 通訊協(xié)議，PLC 端接收二級(jí)通訊數(shù)據(jù)并發(fā)送MC 協(xié)議格式報(bào)文。我們植入MC 協(xié)議解析程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解析并識(shí)別MC 協(xié)議功能。MC 協(xié)議報(bào)文以標(biāo)準(zhǔn)ASCII 碼進(jìn)行編碼，以關(guān)閉鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置噴涂為例，MC 協(xié)議報(bào)文及其解析內(nèi)容如圖4 所示。

圖4 MC 協(xié)議報(bào)文及其解析內(nèi)容

PLC 解析程序：

PLC 通訊信號(hào)監(jiān)控選項(xiàng)卡：

圖5的通訊控制點(diǎn)，實(shí)際為PLC 的面噴信號(hào)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(dāng)數(shù)據(jù)寄存器D706 中的值為0 時(shí)，邏輯導(dǎo)通。

當(dāng)PLC 開(kāi)機(jī)上電后，D706 中的值默認(rèn)為0，此時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)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(shí)截止。

當(dāng)檢測(cè)到鋼板0.1s 后，防抖定時(shí)器T18 上升沿導(dǎo)通。因通訊控制點(diǎn)被二級(jí)通訊賦值為1，故此處程序截止，無(wú)法運(yùn)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(wú)法運(yùn)行至第二段程序“= D52 K1”中，實(shí)現(xiàn)禁噴功能。

圖6中的D700、D702、D704、D706 為面噴、鋼印、側(cè)噴三者的通訊信號(hào)，邏輯為全等于0 時(shí)面噴、鋼印、側(cè)噴正常全噴，D700=1 就是全不噴，D702=0 只有側(cè)噴不噴，D704=0 只有鋼號(hào)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(hào)監(jiān)控選項(xiàng)卡

3.2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)方面分析與優(yōu)化方案

問(wèn)題（3）～（5）的分析與優(yōu)化：實(shí)施對(duì)策—改造桁架設(shè)備結(jié)構(gòu)。

問(wèn)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(guò)厚的情況；工件噴涂覆蓋面涂料量過(guò)少；噴槍噴嘴在線出現(xiàn)堵塞情況。問(wèn)題（5）由于產(chǎn)線布局限制，鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置安裝位置的輥道下放有地坑。每班維護(hù)人員對(duì)噴槍嘴和霧化帽清理的時(shí)候，需產(chǎn)線待機(jī)，鋼板停止，維護(hù)人員在清理的時(shí)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(biāo)識(shí)保護(hù)裝置設(shè)備包括來(lái)料檢測(cè)機(jī)構(gòu)、涂料輸送機(jī)構(gòu)、鋼板噴號(hào)打碼機(jī)構(gòu)以及PLC 控制柜1；若將鋼板前進(jìn)的方向定義為前方，則鋼板噴號(hào)打碼機(jī)構(gòu)設(shè)于來(lái)料檢測(cè)機(jī)構(gòu)的前方。來(lái)料檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)置于輥道12 的側(cè)邊緣且共有相間隔（即具有一定距離）的兩組，每組來(lái)料檢測(cè)機(jī)構(gòu)均各自包括L 形檢測(cè)架2 以及檢測(cè)傳感器3，檢測(cè)傳感器3 的檢測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)輥道12 上的鋼板。

圖7 改造前伺服桁架設(shè)備結(jié)構(gòu)

圖8 改造后伺服桁架設(shè)備結(jié)構(gòu)

圖9 改造后設(shè)備俯視結(jié)構(gòu)

通過(guò)設(shè)置兩組來(lái)料檢測(cè)機(jī)構(gòu)，可使在輥道輸送線上傳送的鋼板由第一組來(lái)料檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)進(jìn)料，由第二組來(lái)料檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出料后，后面的鋼板再傳送至第一組來(lái)料檢測(cè)機(jī)構(gòu)處檢測(cè)進(jìn)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(huì)發(fā)生碰撞，不會(huì)影響前面一塊鋼板的噴涂工作。

涂料輸送機(jī)構(gòu)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(dāng)于氣動(dòng)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(hào)打碼機(jī)構(gòu)包括面碼噴涂機(jī)構(gòu)和側(cè)碼噴涂機(jī)構(gòu)。面碼噴涂機(jī)構(gòu)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(shè)有數(shù)個(gè)噴槍座8，每一噴槍座8 上對(duì)應(yīng)設(shè)有噴嘴朝下的第一噴槍9。側(cè)碼噴涂機(jī)構(gòu)包括側(cè)碼噴槍架10 以及設(shè)于側(cè)碼噴槍架10 上部的第二噴槍11，第二噴槍11的噴嘴對(duì)準(zhǔn)鋼板的側(cè)邊。第一噴槍9 和第二噴槍11 均由對(duì)應(yīng)的電磁閥控制啟閉。

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

為了進(jìn)一步優(yōu)化，加裝涂料原料桶5 內(nèi)設(shè)有與PLC控制柜1 連接的液位傳感器，PLC 控制柜1 上設(shè)有無(wú)涂料自動(dòng)報(bào)警裝置，以在涂料不足時(shí)及時(shí)提醒工作人員補(bǔ)充。

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

為了進(jìn)一步優(yōu)化，將L 型的噴涂框架延長(zhǎng)，并加裝伺服電機(jī)與傳送皮帶，由PLC 控制其帶動(dòng)面碼噴涂機(jī)構(gòu)可以在衍架上橫向移動(dòng)。同時(shí)，將噴涂機(jī)構(gòu)由固定式改為可移動(dòng)式，實(shí)現(xiàn)噴碼打碼區(qū)域全覆蓋，位置準(zhǔn)確。框架的延長(zhǎng)保證在維護(hù)人員作業(yè)的時(shí)候，產(chǎn)線正常運(yùn)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(biāo)識(shí)保護(hù)裝置整體控制系統(tǒng)通過(guò)PLC 程序控制，來(lái)料檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)鋼板的來(lái)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(biāo)識(shí)機(jī)工作完成后，輸送線上的輥道12 啟動(dòng)，鋼板在輥道輸送線上前進(jìn)，鋼板前端運(yùn)行到位置檢測(cè)區(qū)域內(nèi)后，兩組具有一定距離的L 形檢測(cè)架2 上的檢測(cè)傳感器3 對(duì)鋼板進(jìn)行來(lái)料判斷，來(lái)料信號(hào)經(jīng)PLC 控制柜1 判定鋼板的位置與鋼板運(yùn)行的速度，再通過(guò)PLC 控制柜1 依次判定鋼板需要噴涂的位置到達(dá)各噴槍位置的時(shí)間，然后控制涂料泵6 開(kāi)啟，壓力桶4 向涂料原料桶5 注入壓力，依次開(kāi)啟各噴槍對(duì)應(yīng)的電磁閥控制閥體，根據(jù)需要噴涂位置的大小，設(shè)置第一噴槍9 和第二噴槍11 的噴涂時(shí)間。在線噴涂中鋼板位置的判斷與噴涂工作的啟停時(shí)間采用延時(shí)控制。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)鋼鐵行業(yè)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)中占據(jù)至關(guān)重要的位置。隨著科技的進(jìn)步，鋼鐵行業(yè)也不再是使用幾十年前老舊生產(chǎn)設(shè)備的狀況。設(shè)備的更新、升級(jí)、改良對(duì)生產(chǎn)效益的提高有著顯著的效果。本文針對(duì)自動(dòng)識(shí)別、噴涂質(zhì)量、遠(yuǎn)程監(jiān)控、安全作業(yè)進(jìn)行優(yōu)化，有助于提升設(shè)備維護(hù)人員、生產(chǎn)操作人員使用鋼板標(biāo)識(shí)保護(hù)裝置自動(dòng)噴涂系統(tǒng)作業(yè)效率及其安全性。