1 控制系統(tǒng)組成和成品堆垛工藝流程

    目前國(guó)內(nèi)有30多條板材生產(chǎn)線，成品堆垛全過程多由操作員手動(dòng)完成。這種工藝模式勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。韶鋼寬中厚板生產(chǎn)線控制系統(tǒng)由TMEIC-GE設(shè)計(jì)供貨，其特點(diǎn)是全線L2級(jí)物料跟蹤控制開發(fā)比較到位，堆垛過程自動(dòng)化程度較高。

    控制系統(tǒng)如圖1所示，L2級(jí)的數(shù)據(jù)服務(wù)器、跟蹤控制服務(wù)器、人機(jī)界面通過高速以太網(wǎng)連接通訊；L2控制系統(tǒng)通過高速以太網(wǎng)和工業(yè)控制網(wǎng)與L1級(jí)控制系統(tǒng)PLC雙通道連接通訊；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件金屬檢測(cè)器、執(zhí)行元件通過接線與I/O模塊連接，I/O模塊通過Device-NET現(xiàn)場(chǎng)總線與L1級(jí)控制系統(tǒng)PLC連接通訊；傳動(dòng)變頻器VVVF通過TL-S20現(xiàn)場(chǎng)總線與L1級(jí)控制系統(tǒng)PLC連接通訊。

圖1 控制系統(tǒng)組成圖

    韶鋼3500 mm中厚板生產(chǎn)線成品收集工藝流程如圖2所示，來料鋼板在定尺剪前自動(dòng)完成對(duì)中后按長(zhǎng)度設(shè)定進(jìn)行定尺剪切，剪切后的成品板經(jīng)輸送輥道送至標(biāo)印機(jī)標(biāo)印，標(biāo)印后的成品板經(jīng)堆垛機(jī)輸入輥道送至堆垛機(jī)入口輥道，由堆垛機(jī)入口輥道上方的天車磁力吊在堆垛機(jī)入口輥道上完成堆垛，鋼垛由鏈?zhǔn)綑M移架運(yùn)送至堆垛機(jī)輸出輥道，最后由天車起吊入庫(kù)。

    堆垛機(jī)主要由電磁起吊機(jī)構(gòu)、鏈?zhǔn)綑M移架、鏈?zhǔn)綑M移架兩端的液壓抬升裝置和位置檢測(cè)元件組成。電磁起吊機(jī)構(gòu)主要由升降變頻調(diào)速電機(jī)、平移變頻調(diào)速電機(jī)、電磁吸盤、導(dǎo)向桿等組成，電機(jī)帶有絕對(duì)式編碼器用來檢測(cè)升降高度，起吊機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行時(shí)起升高度為吸盤下表面距輥道面250 mm。起吊機(jī)構(gòu)在吸吊鋼板時(shí)，要求電磁吸盤中心線和鋼板寬度方向中心線基本對(duì)齊。這個(gè)功能由平移電機(jī)完成，正常運(yùn)行時(shí)平移范圍在900 mm以內(nèi)，平移位置的檢測(cè)由安裝在傳動(dòng)軸上的增量式編碼器完成，傳動(dòng)軸每轉(zhuǎn)一圈(平移600mm)編碼器可發(fā)出4 096個(gè)脈沖，定位精度非常準(zhǔn)確。6個(gè)電磁吸盤平均分布在入口輥道上方，控制系統(tǒng)只需根據(jù)鋼板位置選擇給磁吸盤數(shù)量。

    鏈?zhǔn)綑M移架入口、出口鏈條分別伸入到入口、出口輥道之間，鋼板在輥道上運(yùn)輸時(shí)伸入輥道之間的部分降到輥道面以下，有上板或下板要求時(shí)，抬升裝置上升，鏈條伸入輥道之間的部分達(dá)到鏈?zhǔn)綑M移架平面高度。

圖2 成品收集工藝流程

2 自動(dòng)堆垛控制技術(shù)方案

    鋼板在定尺剪前有自動(dòng)對(duì)中過程，在剪切、標(biāo)印及輥道運(yùn)輸時(shí)，鋼板在輥道寬度方向的位置不變，只要來料鋼板寬度不變，堆垛機(jī)磁力吊無需在鋼板寬度方向平移對(duì)位。當(dāng)鋼板尾端離開標(biāo)印機(jī)后的金屬檢測(cè)器時(shí)，堆垛機(jī)L1級(jí)控制站PLC就可以收到來自L2級(jí)數(shù)據(jù)服務(wù)器關(guān)于來料鋼板的長(zhǎng)、寬、厚、爐號(hào)、鋼種等信息，L1級(jí)系統(tǒng)完成是否可以成垛的判斷。如果可以成垛，在來料鋼板完成自動(dòng)定位之前，提前完成平移對(duì)中、給磁吸盤數(shù)量選擇，只要來料鋼板長(zhǎng)度不變，給磁吸盤數(shù)量也不會(huì)改變。針對(duì)個(gè)別需下線處理(修磨、翻面檢查)的板，控制系統(tǒng)無法識(shí)別，設(shè)置了人工確認(rèn)功能，即實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、人工雙重判斷，杜絕混爐號(hào)、混鋼種、缺陷板成垛等嚴(yán)重質(zhì)量事故。

3 堆垛過程自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)

    鋼板堆垛過程自動(dòng)控制包括鋼板在鏈?zhǔn)綑M移架入口輥道上的自動(dòng)定位、堆垛機(jī)控制站PLC的邏輯判斷、天車磁力吊的步序控制、鏈?zhǔn)綑M移架鏈條的步序控制。

    3.1 鋼板定位控制

    鋼板定位控制由跟蹤控制服務(wù)器通過工業(yè)控制網(wǎng)給定輥道運(yùn)行速度參數(shù)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)Device-NET檢測(cè)到電磁起吊機(jī)構(gòu)提升高度250 mm≤H≤360 mm(提升高度測(cè)量編碼器)、鏈?zhǔn)綑M移架伸入堆垛機(jī)入口輥道部分下降到位(接近開關(guān))，，TL-S20檢測(cè)到堆垛機(jī)入口輥道上無板且輥道速度為零后，堆垛機(jī)L1級(jí)控制器PLC通過工業(yè)控制網(wǎng)告知L2跟蹤控制服務(wù)器堆垛機(jī)處于要鋼待料狀態(tài)，L2跟蹤控制服務(wù)器收到L1級(jí)的待料信號(hào)后，通過跟蹤控制服務(wù)器→PLC→VVVF給出輥道起動(dòng)命令，輥道運(yùn)行加速度為60 r/min，最大速度V_max=95r/min。如圖3所示，標(biāo)印輥道、堆垛機(jī)輸入輥道將勻速度向堆垛機(jī)入口方向運(yùn)行，鋼板的運(yùn)行距離L=f^t_oVdt。當(dāng)L2跟蹤控制服務(wù)器計(jì)算到鋼板頭部到達(dá)堆垛機(jī)輸入輥道7.5 m處時(shí)，以同樣的速度參數(shù)起動(dòng)堆垛機(jī)入口輥道，計(jì)算到鋼板尾端離標(biāo)印輥道時(shí)，標(biāo)印輥道停車。當(dāng)跟蹤控制服務(wù)器收到堆垛機(jī)入口金屬檢測(cè)器有鋼信號(hào)后，在對(duì)鋼板位置進(jìn)一步校正的同時(shí)，堆垛機(jī)輸入輥道進(jìn)入定位控制步序，從堆垛機(jī)入口金屬檢測(cè)器算起，鋼板要求在12 s內(nèi)行走它本身長(zhǎng)的距離，速度從95 r/min降為0，加速度a=2(L鋼－12V_max)/12²，即當(dāng)金屬檢測(cè)器被鋼尾端觸發(fā)后，輥道速度正好為0，輥道停車，L2級(jí)系統(tǒng)向堆垛機(jī)L1系統(tǒng)發(fā)鋼板定位完成信號(hào)。

    3.2 L1級(jí)成垛判斷控制

    如圖3所示，當(dāng)鋼板尾端離開標(biāo)印機(jī)后的金屬檢測(cè)器時(shí)，堆垛機(jī)L1級(jí)控制器PLC就可以從L2級(jí)數(shù)據(jù)服務(wù)器讀取到該鋼板信息(爐號(hào)、鋼種、長(zhǎng)、寬、厚)，并做如下判斷處理：如果是堆垛第一張板，將根據(jù)鋼板長(zhǎng)度從右到左選擇給磁電磁吸盤數(shù)量，根據(jù)鋼板寬度完成平移對(duì)中；否則將判斷成垛條件，成垛條件為來料鋼板和已成垛鋼板必須同鋼種、長(zhǎng)度度偏差小于500 mm、厚度相同、寬度相同，并將判斷結(jié)果畫面提示給操作員。

圖3 L1級(jí)邏輯判斷控制流程

    3.3 電磁起吊機(jī)構(gòu)的動(dòng)作步序控制

    堆垛機(jī)L1系統(tǒng)收到鋼板定位完成信號(hào)后，結(jié)合信息交換過程中的比較判斷結(jié)果，如果可以成垛，電磁起吊機(jī)構(gòu)下降到位，成垛張數(shù)計(jì)數(shù)器加1，若加1后的成垛張數(shù)等于設(shè)定值，電磁吸盤消磁，起吊機(jī)構(gòu)升起，成垛鋼板放置在堆垛機(jī)入口輥道上，并在L1級(jí)監(jiān)控畫面提示堆垛完成(PILENOW變綠色)，等待操作員確認(rèn)指令，若加1后的成垛張數(shù)小于設(shè)定值，則按鋼板重量加大給磁量，電磁起吊機(jī)構(gòu)升降到位后向L2級(jí)系統(tǒng)發(fā)出待料信號(hào)。如果不可成垛，則電磁起吊機(jī)構(gòu)不會(huì)自動(dòng)動(dòng)作。如果鋼板表面有下線處理的標(biāo)識(shí)，操作員將堆垛機(jī)L1級(jí)控制畫面切換到手動(dòng)狀態(tài)，電磁起吊機(jī)構(gòu)不動(dòng)作�？刂屏鞒倘鐖D4所示。

圖4 磁力吊控制流程

    3.4 鏈?zhǔn)綑M移架的動(dòng)作步序控制

    鏈?zhǔn)綑M移架的動(dòng)作開始于操作員的兩個(gè)按鈕指令，一個(gè)是堆垛完成按鈕，一個(gè)是通過按鈕。堆垛完成按鈕的執(zhí)行條件是：L1級(jí)監(jiān)控畫面提示堆垛完成后的操作員確認(rèn)按鈕。通過按鈕執(zhí)行條件是：信息交換過程中L1系統(tǒng)的比較判斷結(jié)果是不可以成垛或經(jīng)人工識(shí)別鋼板表面有下線處理的標(biāo)識(shí)的不可以成垛來料鋼板的確認(rèn)按鈕。一旦操作員按下上述銨鈕的任何一個(gè)，L1級(jí)系統(tǒng)將計(jì)算鏈?zhǔn)綑M移架面板上鋼垛所占的面積、鋼垛之間的間隙(固定值，500 mm)，并和鏈?zhǔn)綑M移架總面積比較是否有空位，如果空位足夠，鏈?zhǔn)綑M移架入口鏈條抬升到位并向出口方向橫移，直至入口輥道上的鋼板(鋼垛)完全離開輥道，入口鏈條下降到位并向L2級(jí)發(fā)待料信號(hào)。如果鏈?zhǔn)綑M移架面板上空位不足以上板，鏈?zhǔn)綑M移架出口鏈條抬升到位，入口鏈條、出口鏈條全速向出口方向橫移，直至空位足夠然后開始上板。如需下板，鏈?zhǔn)綑M移架面板上靠近出口輥道的鋼板(鋼垛)完全進(jìn)入出口輥道，出口鏈條下降到位，控制流程如圖5所示。

圖5 鏈?zhǔn)綑M移架控制流程

4 結(jié)束語

    鋼板堆垛過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制后，在提高產(chǎn)量、改善產(chǎn)品質(zhì)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高設(shè)備利用率等各方面取得了良好的效果，適合于有一定自動(dòng)化基礎(chǔ)的各種板材生產(chǎn)線。

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