PLC在軋鋼生產(chǎn)成組區(qū)的應(yīng)用

1前言 

    萊鋼中小型軋鋼生產(chǎn)線于97年建成投產(chǎn)，主要生產(chǎn)圓鋼、彈簧扁鋼、槽鋼和螺紋鋼。水冷系統(tǒng)用于棒材溫度控制。軋制過程中必須通過成組區(qū)主要接收來自冷床的棒材，并通過磁性手將棒材擺放緊湊，成組并輸送到剪切輥道（CCL）。 

    該生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)由ABB公司提供，其成組系統(tǒng)采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了軋制過程中棒材的擺放整齊、定支、運(yùn)送控制。 

    2系統(tǒng)組成 

    基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)采用ABB公司的RMC200軋鋼控制系統(tǒng)，它是一個開放型集散控制系統(tǒng)，由一套MP200／1過程站和一套AS520操作員站組成。過程站由一個CPU機(jī)架帶一個I／O機(jī)架組成，CPU機(jī)架上安裝了CPU模板DSPC172、內(nèi)存模板DSMB176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI／DO模板，通過通訊模板DSCS140連接到MasterBus300總線上，與其它過程站進(jìn)行通訊，I／O機(jī)架由總線擴(kuò)展模塊DSBC172實現(xiàn)總線擴(kuò)展。 

    操作員站采用HP-UNIX工作站，并通過實時加速器板連接到MasterBus300的冗余接口，通過它操作人員可直接對現(xiàn)場水冷設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，主要功能有：（1）成組系統(tǒng)的自動/手動的啟停（2）棒材支數(shù)設(shè)定和實時監(jiān)控（3）事件與報警清單的顯示與打印等。成組系統(tǒng)的主要畫面有啟動畫面、設(shè)定畫面、維護(hù)畫面、事件畫面和報警畫面。 

    3軟件實現(xiàn)  
             
    包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 

    （1）系統(tǒng)軟件： 
    ABB Master Piece200中央單元是一高性能32位微處理器。系統(tǒng)軟件存儲在EPROM模塊中，系統(tǒng)軟件包括一個實時操作系統(tǒng)和一個ABB Master Piece語言（AMPL）執(zhí)行器。 

    （2）應(yīng)用軟件 
    應(yīng)用軟件存儲在帶后備電池的RWM（讀/寫存儲器）中，用ABB Master Piece語言（AMPL）編制，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計。工業(yè)控制程序往往功能繁多該語言根據(jù)工業(yè)控制要求，將編程元素設(shè)計成一個個圖形功能塊，稱為PC元素。PC元素內(nèi)有三種結(jié)構(gòu)類元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序結(jié)構(gòu)的最高層，旨在完成一個完整的控制功能，一個PCPGM下允許一個或幾個CONTRM，而一個CONTRM下又可包含一個或幾個FUNCM，從而使整個程序結(jié)構(gòu)呈階梯狀，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化設(shè)計。 

    另外，在CPU內(nèi)還有一個實時數(shù)據(jù)庫，它的作用是永久存儲數(shù)據(jù)和在程序間傳遞數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫內(nèi)的元素稱為DB元素，這些元素包括過程站所使用的的I／O模板和信號及程序中產(chǎn)生的其它數(shù)據(jù)信息。 

    4控制功能 

    4.1工藝設(shè)備 
    成組區(qū)主要接收來自冷床的棒材，通過磁性手將棒材擺放緊湊，成組并輸送到剪切輥道（ＣＣＬ）。 
    成組區(qū)包括以下設(shè)備： 
    拆疊裝置(DPAS)、對齊輥道(LIN)：100 個帶槽輥 
    成組設(shè)備：（１） 磁性成組小車(FT)；（２） 成組輸送鏈(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撐活板(SFL) 
    提取傳輸設(shè)備：成組移送小車(ET1，ET2，ET3,MET) 
    成組區(qū)工藝流程圖如圖：




             
    4．2 對齊輥道 (LIN) 
             
    對齊輥道位于冷床的出口側(cè), 由100 
    個帶槽輥組成，每10個為一組,冷床尾端有一個固定緩沖機(jī)械擋板將鋼材頭部對齊。使用的輥道段由操作員或自動地根據(jù)軋制表設(shè)定. 
    由MCC控制正轉(zhuǎn)(反轉(zhuǎn)已取消)。運(yùn)行狀態(tài)有間歇或連續(xù)運(yùn)行。間歇周期允許輥道起動條件：冷床起動周期信號延時、延時停止（Ｔ２）。 

    4．3 成組和傳輸區(qū) 
    4．3.1 概述 
    在這個區(qū)域用相同的設(shè)備接收來自冷床的棒材，通過磁性手精確地將棒材擺放緊湊，成組并傳輸?shù)捷伒馈?nbsp;
    本區(qū)包括以下設(shè)備： 
    成組設(shè)備： 
    （１） 磁性成組小車(FT)；（２） 成組輸送鏈(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撐活板(SFL) 
    提取傳輸設(shè)備： 
    成組移送小車(ET1...ET10,MET) 
             
    4．3.2 功能描述 
    4．3．2.1 磁性成組小車 
    為保證連續(xù)成組，提供兩組同樣的小車（Ａ和Ｂ）。兩組小車輪流工作，一組總是停在收集區(qū)（上部位置：從冷床接收棒材），而另一組向提取小車上卸鋼材，或返回停放位置或一直停放(下部位置).

    每個單元通過一齒輪箱由直流電機(jī)單獨驅(qū)動。并配備以下傳感器：兩個編碼器（速度和位置控制）、兩個接近開關(guān)（用于位置編碼器復(fù)位 DI5.4/FT_SG1_CHG_A、DI5.5/FT_SG2_CHG_B）、兩個接近開關(guān)用于冷床卸料(DI5.6/FT_SG3_DISCHG_A、DI5.7/FT_SG4_DISCHG_B)、四個限位開關(guān)(電機(jī)緊急停止：DI5.8/FT_SG5_CHG_MOV_A、DI5.9/FT_SG6_DISCHG_MOV_A、DI5.12/FT_SG9_CHG_MOV_B、DI5.13/FT_SG10_DISCHG_MOV_B）。 

    4．3．2.2成組輸送鏈 

    成組輸送鏈有三組，每組通過齒輪箱由交流電機(jī)驅(qū)動。為每部分配備下列傳感器：一個脈沖發(fā)生器和安裝在馬達(dá)上的過熱電偶。成組輸送鏈和磁性成組小車同步，這樣鋼材能夠按要求的距離放置。成組輸送鏈的檢測元件:兩個接近開關(guān)用于檢測鋼材在鏈子上（DI5.14/FC_SG1_LAYERDET、DI5.15/FC_SG2_LAYERDET）、計算機(jī)給出速度給定值到變頻柜（AO1.1/FC1_IN_SPREF、AO1.2/FC2_IN_SPREF、AO1.3/FC3_IN_SPREF）、同時監(jiān)視編碼器的工作電壓（AI1.2/FC1_TACHO_5V、AI1.3/FC2_TACHO_5V、AI1.4/FC3_TACHO_5V）。 

    收集期間傳送鏈與成組小車的運(yùn)動總是同步的, 當(dāng)成組完成后, 成組小車和傳送鏈在小于冷床周期時間的短時間內(nèi)移到提取區(qū)。成組小車輪流運(yùn)行。 

    每組棒材由N根組成(在OS設(shè)定)。  
    成組小車從停止位置上升以后, 小車移到適當(dāng)位置收集該組的第一根棒材， 在每個冷床周期，通過限位開關(guān)檢測到的固定橫梁最后一齒上的棒材被裝入成組小車上, 棒材計數(shù)器N1加一，棒材裝入小車以后(冷床周期開始后一恰當(dāng)時間)，如果N14．3．2.3 電磁手。電磁手用于在成組區(qū)抓起棒材且正確地放在成組小車上。提供兩套手指“Ａ”和“Ｂ”在小車定位時夾持鋼材。當(dāng)兩根棒材被同時卸下時，（雙齒槽周期）兩套手指同時使用，否則用一套。手指到冷床的距離可根據(jù)根據(jù)產(chǎn)品尺寸進(jìn)行機(jī)械調(diào)整。 

    4．3．2．4 支撐活板 
             
    活板和磁性指有相同的功能, 它們同時應(yīng)用. 它固定在冷床架上. 配備兩套活板(A,B), ,用于在小車定位期間抓起棒材，它們和磁性指一樣以相同的周期工作。 

    檢測元件有: 兩個接近開關(guān)分別檢測兩套活板的下部位置（DI5.1/MF_SG1_FLAP1_DWN、DI5.2/MF_SG2_FLAP2_DWN） ，操作員控制(CP3): 活板升/降控制。 

     4．3．2．5 棒材組傳輸設(shè)備 
             
    該設(shè)備分成四部分: 第一部分包括一個電磁提取小車; 其余部分為提取小車。提取順序和在輥道上的輸送 
    1 最后一組成組小車步進(jìn)信號和提取小車在停止位置(P1): 提取小車上升并磁化. 
    2 小車在收集位置: 成組小車去磁并下降. 
    3 成組小車在下部位置: 成組小車返回等待位置. 一個傳感器( 由安裝在冷床固定齒上的凸輪裝置驅(qū)動)檢測返回行程. 同時, 小車上升到最高(*1) 
    4 提取小車在上部位置, 來自位置變送器和第一個提取小車傳感器的信號并加延時Ts(*2):提取小車向輥道方向前移 
    5 如果輥道正運(yùn)行或(和)檢測到上面有原料, 提取小車停在中間位置(P2)(*3). 
    如果輥道和夾送輥停止并且沒有檢測到輥道上有原料:提取小車前進(jìn)至卸料位置P3, P3在輥道中心位置(*4). 
    6 提取小車在位置P3(*3): 提取小車下降. 
    7 第一組提取小車去磁并降至最低位置,所有小車降低, 所有提取小車返回停止位置(P1)，輥道啟動。 

    ET1有上、中、下三個位置檢測;ET2包括ET2～ET5,只有下部位置檢測; ET3包括ET6～ET10,只有下部位置檢測。在水平方向上, 每組小車分別有左右超限檢測和上料位置檢測開關(guān). 在程序中, ET動作先后有如下七步，循環(huán)做矩型運(yùn)動.ET_LIFTPOSPICKUP；(2)ET_LIFTPOSUNLOAD；(3)ET_POSWAIT；(4)ET_POSCRT； 

    (5)ET_LIFTPOSCRTLVL；(6)ET_LIFTPOSDOWN； (7)ET_POSPARK 
    水平方向運(yùn)動時，將水平位置給定（0，300，1460）賦給ET_POSREF, 最后通過COM_CV01元素的I4ORD1和I4ORD2端通訊到四個小車的傳動系統(tǒng),控制設(shè)備動作.  

    4．4 拆疊緩冷系統(tǒng) 

    該系統(tǒng)用于彈簧扁鋼. 對彈簧扁鋼來說, 只用到60m 的冷床, 扁鋼需要緩慢冷卻. 因此它們被組成疊狀送入冷床. 當(dāng)進(jìn)入卸貨區(qū)域以后，扁鋼被一個接一個卸下. 拆疊緩冷系統(tǒng)的主要設(shè)備：（1）拆疊設(shè)備(Unstacking)；（2）提升設(shè)備(lift)；（3）傾翻設(shè)備(tilt)；（4）升降擋板(stop) 

    5應(yīng)用效果 

    該系統(tǒng)自97年底投運(yùn)以來，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，大大提高了其工作效率，保證了軋鋼生產(chǎn)。 
             
    參考文獻(xiàn) 
     1] ABB Process Automation: Layer Forming Control. 
    2] ABB RMC.5 PC Program listing. 
    3] 梁國偉.測量技術(shù)及儀表.機(jī)械工業(yè)出版社，2002.  

    作者簡介 
    李曉光，男，出生于1970年10月，山東省萊蕪市人，工程師，主要從事工業(yè)自動化系統(tǒng)設(shè)計及軟件編程工作。