不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張俊杰張衛(wèi)

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西太原030003）

不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張俊杰張衛(wèi)

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西太原030003）

介紹了太鋼不銹熱軋廠不銹鋼鋼板生產(chǎn)過(guò)程中表面標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的組成和原理，并對(duì)其中的自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)做了具體介紹。通過(guò)該系統(tǒng)的實(shí)施，鋼板物流的管理水平和鋼板表面質(zhì)量均顯著提高，增加了企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

PLC串行通訊監(jiān)督控制系統(tǒng)

國(guó)外，在鋼板表面上進(jìn)行標(biāo)識(shí)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，高性能的產(chǎn)品設(shè)備在鋼鐵產(chǎn)業(yè)中占有主導(dǎo)地位。縱觀國(guó)內(nèi)各鋼廠的生產(chǎn)情況，高性能的鋼板標(biāo)識(shí)設(shè)備的市場(chǎng)仍被德國(guó)、奧地利、荷蘭等國(guó)家的產(chǎn)品所占領(lǐng)。而國(guó)內(nèi)在鋼板表面進(jìn)行標(biāo)識(shí)的設(shè)備仍然缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。究其原因，主要是因?yàn)閲?guó)內(nèi)產(chǎn)品的研發(fā)起步較晚，在精度、可靠性、穩(wěn)定性等方面與國(guó)外產(chǎn)品還存在很大的差距。另外，國(guó)外大多數(shù)國(guó)家對(duì)鋼板表面質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，標(biāo)識(shí)問(wèn)題是其中重要的一個(gè)評(píng)估環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)各鋼廠生產(chǎn)的鋼材內(nèi)部性能已經(jīng)非常優(yōu)越，而表面標(biāo)識(shí)質(zhì)量卻往往落后于國(guó)外企業(yè)。在進(jìn)行鋼材出口時(shí)，往往受到了限制。因此在鋼鐵企業(yè)中開發(fā)鋼板表面標(biāo)識(shí)系統(tǒng)具有很好的研究?jī)r(jià)值和非常現(xiàn)實(shí)的意義。

本文所述的不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)是太鋼熱軋廠定制開發(fā)、實(shí)施的項(xiàng)目。通過(guò)該系統(tǒng)的實(shí)施，項(xiàng)目建設(shè)單位在鋼板表面標(biāo)識(shí)、鋼板基本信息管理等方面更加合理規(guī)范，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

太鋼熱軋廠不銹鋼后部生產(chǎn)線主要擔(dān)負(fù)對(duì)不銹中板表面的缺陷判定和修磨、鋼板的剪切、鋼板表面的標(biāo)識(shí)以及成品的包裝和交庫(kù)等工作。具體過(guò)程為：先將不銹鋼鋼板按合同、批次由天車吊運(yùn)至上料臺(tái)，然后用吸盤將鋼板一一放置到研磨輥道的東臺(tái)進(jìn)行鋼板表面處理；處理完畢后，鋼板被翻板機(jī)翻置，由電平車運(yùn)送至研磨西臺(tái)進(jìn)行鋼板另一表面的處理；后經(jīng)液壓剪機(jī)剪切成符合各合同需求的、不同規(guī)格的鋼板，然后經(jīng)噴碼機(jī)對(duì)鋼板進(jìn)行表面標(biāo)識(shí)，被吸盤吊運(yùn)到下料臺(tái)，成品被送至包裝庫(kù)進(jìn)行成品的包裝、交庫(kù)。

不銹鋼后部生產(chǎn)線是不銹鋼生產(chǎn)的最后工序，也是不銹鋼品質(zhì)質(zhì)量是否合格的關(guān)鍵工序。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)布局示意圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)布局示意圖

1 不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)采取的控制方式

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般分為：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、集散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、嵌入系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)等。通過(guò)對(duì)目前主要的控制系統(tǒng)進(jìn)行比較，可以得出這幾種控制方式的應(yīng)用領(lǐng)域有所不同，并且各自具有優(yōu)缺點(diǎn)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)是安全性、可靠性較高的一類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，同時(shí)又是計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)的最基礎(chǔ)、最基本的模式［1］。而對(duì)于全自動(dòng)鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)情況以及系統(tǒng)的開發(fā)成本，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)以及計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的控制方式采用了監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）的方式，同時(shí)考慮到與現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行銜接，因而系統(tǒng)還具有網(wǎng)絡(luò)功能。鋼板基本資料的噴印位置根據(jù)鋼板長(zhǎng)度的不同而變化，噴印位置的給定值是通過(guò)PLC計(jì)算所得，它能根據(jù)鋼板長(zhǎng)度信息的變化被及時(shí)調(diào)整。

2 不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)硬件之間通訊的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件主要包括：1臺(tái)工控機(jī)（上位機(jī)），2臺(tái)LINX6800噴碼機(jī)，1臺(tái)松下小型PLC（FP0-C16）等。由于系統(tǒng)工作時(shí)，不銹鋼鋼板的基本信息和噴印參數(shù)的設(shè)置信息被上位機(jī)發(fā)送到噴碼機(jī)和PLC中，另外PLC和噴碼機(jī)將反饋信號(hào)和控制信號(hào)發(fā)送至上位機(jī)中。當(dāng)這些功能實(shí)現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)的各硬件之間實(shí)際上已經(jīng)形成了通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合松下PLC（FP0-C16）和噴碼機(jī)本身只支持串行通訊的特點(diǎn)，因而它們之間的通訊采取了串行通訊的工作方式［2］。串行通訊可以分為RS-232、RS-422、RS-485等方式，它們各自的特點(diǎn)如表1所示。

表1 串行通信分類及各自的特點(diǎn)

工控機(jī)和噴碼機(jī)之間的通訊線路兩端采用RS-422串行轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接，工控機(jī)和RS-422之間以及RS-422和噴碼機(jī)之間的接線方式是簡(jiǎn)單的RS-232三線方式。由于工控機(jī)本身只有2個(gè)RS-232串行端口，為了實(shí)現(xiàn)和PLC之間進(jìn)行通訊的功能，在工控機(jī)中安裝了一塊串行通信擴(kuò)展卡來(lái)增加工控機(jī)中串行端口的數(shù)量，串行通信擴(kuò)展卡默認(rèn)的通訊方式為RS-422方式（串行通信擴(kuò)展卡內(nèi)置光電隔離裝置，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需求），其通訊方式采用了工控機(jī)和RS-422串行轉(zhuǎn)換器直接連接的方式。整個(gè)通訊線路現(xiàn)場(chǎng)接線的情況如圖2所示。

本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了上位機(jī)，主要功能是往PLC及噴碼機(jī)傳輸各種噴印數(shù)據(jù)，同時(shí)接收PLC和噴碼機(jī)傳輸回來(lái)的應(yīng)答信息的程序。在這些過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸采用統(tǒng)一的格式。另外，系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了通訊測(cè)試程序，以實(shí)現(xiàn)對(duì)通訊質(zhì)量的實(shí)時(shí)掌握，方便維護(hù)人員進(jìn)行故障判斷。這些程序是依據(jù)松下FpΣ系列PLC通信系統(tǒng)的基本協(xié)議MEWTOCOL-COM進(jìn)行編寫的［3］。松下FpΣ系列PLC通信系統(tǒng)的基本協(xié)議是松下電工的專用通信協(xié)議MEWTOCOL。PLC與計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議是MEWTOCOL-COM，該協(xié)議采用的是異步通信方式，其波特率主要包括2 400，4 800，9 600 bps等多種，且報(bào)文長(zhǎng)度是可變可固定的。數(shù)據(jù)傳輸采用ASCII碼的形式，首先由計(jì)算機(jī)發(fā)送指令，然后PLC對(duì)指令自動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)，用于程序處理和交互式操作。

系統(tǒng)在工作時(shí)，完成上位機(jī)和PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛘Z(yǔ)句是依據(jù)松下MEWTOCOL-COM協(xié)議編寫的。程序中主要用到的指令包括：RCS，WCS，RCP，RD，WD，SD等。它們的主要功能是：讀取各個(gè)輸入；輸出觸點(diǎn)的狀態(tài)信息；設(shè)置各輸入；輸出觸點(diǎn)的狀態(tài)；通過(guò)上位機(jī)設(shè)置鋼板噴印PLC的初始參數(shù)；設(shè)置PLC內(nèi)部相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器的目標(biāo)值；讀取和設(shè)置編碼器的經(jīng)過(guò)值等。

3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的工作過(guò)程

圖2 現(xiàn)場(chǎng)通訊接線示意圖

（1）在PLC運(yùn)行正常以及系統(tǒng)通訊正常時(shí)，操作人員將每個(gè)批次鋼板所涉及的規(guī)格、批號(hào)、爐號(hào)、鋼種等參數(shù)錄入到上位機(jī)中。確認(rèn)無(wú)誤后，鋼板的批號(hào)、爐號(hào)、鋼種、規(guī)格、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、許可證、生產(chǎn)班次等數(shù)據(jù)被傳輸至噴碼機(jī)中；鋼板的長(zhǎng)度、噴印次數(shù)、噴印資料長(zhǎng)度、噴印縮進(jìn)距離、長(zhǎng)度校驗(yàn)值被傳輸至PLC中。

（2）在第一個(gè)掃描周期內(nèi)、內(nèi)部繼電器R9013為ON時(shí)，執(zhí)行子程序1，PLC將編碼器、鋼板長(zhǎng)度寄存器、PLC內(nèi)部各臨時(shí)數(shù)據(jù)寄存器等的值置為零，PLC計(jì)算出噴印所需的必要的噴印參數(shù)。

（3）當(dāng)鋼板通過(guò)剪機(jī)后，觸發(fā)預(yù)噴射觸發(fā)光電傳感器X5，PLC向上位機(jī)發(fā)送停止發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào)，內(nèi)部繼電器R2置為ON狀態(tài)，執(zhí)行子程序2，PLC計(jì)算出不銹鋼鋼板基本參數(shù)在鋼板上的具體噴印位置，并且將其保存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中。

（4）當(dāng)鋼板到達(dá)噴射觸發(fā)光電傳感器X7時(shí)，鋼板接觸輥輪使其轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)編碼器工作，系統(tǒng)開始對(duì)鋼板通過(guò)噴射觸發(fā)光電傳感器的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量值與計(jì)算值相比較。

（5）當(dāng)鋼板到達(dá)相應(yīng)的位置后，PLC向噴碼機(jī)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)Y2，噴碼機(jī)便開始噴印，噴印延時(shí)0.5 s。按相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，鋼板長(zhǎng)度達(dá)到5 m以上時(shí)噴印2次，小于5 m時(shí)噴印1次，PLC將根據(jù)鋼板的長(zhǎng)度，計(jì)算出鋼板的基本信息在鋼板上的具體噴印位置，在合適的位置觸發(fā)噴碼機(jī)進(jìn)行工作。

（6）噴印完此塊鋼板后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器、內(nèi)部繼電器、特殊繼電器等元件復(fù)位置0，PLC向上位機(jī)發(fā)出噴印完畢信號(hào)，執(zhí)行子程序3，上位機(jī)程序自動(dòng)地將下一塊鋼板的噴印內(nèi)容發(fā)送到PLC和噴碼機(jī)。

（7）PLC將等待下一塊鋼板觸發(fā)預(yù)噴射觸發(fā)光電傳感器，PLC控制程序如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行不銹鋼鋼板基本信息的噴印。

3.2 控制系統(tǒng)的主流程圖（見圖3）

3.3 部分編程元件說(shuō)明（見表2）

表2 PLC控制程序部分編程元件說(shuō)明

圖3 控制系統(tǒng)的主流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不斷優(yōu)化，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能也得到了不斷的完善，系統(tǒng)也進(jìn)入到實(shí)用階段。到目前為止，自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，為不銹鋼鋼板生產(chǎn)發(fā)揮了巨大作用。

［1］劉川.熱鋼坯自動(dòng)噴號(hào)機(jī)控制系統(tǒng)的研制［D］.武漢理工大學(xué)，2008．

［2］賈會(huì)玲.松下PC-Link網(wǎng)絡(luò)與PC通信問(wèn)題的解決［J］.電氣時(shí)代，2007（4）：13-16．

［3］白志敏.計(jì)算機(jī)與松下PLC通信程序的設(shè)計(jì)［J］.活力，2008（1）：70．

（編輯：胡玉香）

Abstract:This paper introduced the composition and principle ofmarkingsystemofTisco′s Hot Rolling Mill stainless steel plate production process,and made a specific description ofautomatic control system through the systemimplementation,it has made great improvement in steel plate logistics and steel plate surface quality,strengthened the enterprises competition amongthe different markets.

Key words:PLC,serial communication,supervisory control system

Design and Realization of Spray-coding Control System for The Stainless Steel Plate Surface

ZHANG Junjie
（Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan 030003,China）

TP273

A

2011－01－17

1672-1152（2011）01-0042-03

張俊杰（1976-），男，在太鋼不銹熱軋廠從事計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制工作，工程師。Tel:15834107337，E-mail:zhangjj01@tisco.com.cn