寬厚板碼垛機自動控制模型的研究與實現

張麗，康凱，劉愛強

（萊鋼集團有限公司 山東 萊蕪271104）

1 引言

萊鋼寬厚板精整區位于定尺剪之后，包括1號、3～6號碼垛機，3～6號橫移臺架。精整區采用德國西門子S7－400控制系統，精整區的鋼板下線速度直接影響剪切線甚至整個軋線的生產節奏。精整區碼垛機通過從輥道上連續提升鋼板來實現碼垛。所有的碼垛機包括2個輥道組，碼垛機是一個有提升裝置的橋式移動吊車，裝有N個單獨的磁頭。這些磁頭根據鋼板長度單獨勵磁。碼垛機可以提升和傳輸入口輥道上單個的鋼板也可以提升以一個堆為單位的鋼板。碼垛鋼板必須不超過80mm的最大堆疊厚度，或者在數量上不超過8塊鋼板。輥道停下來之后，在碼垛橋架下面的鋼板通過碼垛機降低磁頭、勵磁而被提升。磁頭將堆積鋼板轉向下線區域直到碼垛完成。

目前，1號碼垛機連接5號橫移臺架，過跨輥道，6號橫移臺架作為其中的一條下線路徑，能夠實現鋼板自動下線。3號、4號碼垛機配合行車作為另外兩條下線路徑，不能夠實現全自動。原因主要有2方面：程序無法判斷鋼板下線垛位上的鋼板高度，隨著下線鋼板數量增加，下線垛位上的鋼板高度也隨之變化，所以自動模式下無法完成下線區域下降高度的自動定位；碼垛機在下線區與行車存在交叉作業的情況。如果碼垛機自動橫移，在某些情況下存在與行車發生碰撞的可能。因此，寬厚板3號、4號碼垛機在現階段無法實現全自動，只能使用半自動模式。即碼垛機在提到高位時可自動向輥道區域動作并自動下降吸鋼，將鋼板吸起脫離輥道后，轉為手動模式，由操作工手動下線。經過長時間過鋼生產，發現此種方式效率低下，無法滿足生產的需要，影響剪切及鋼板下線節奏，成為制約生產的瓶頸。因此制定研究方案，對碼垛機自動控制程序進行優化，建立自動模型，實現鋼板自動下線。

2 自動控制模型的設計研究與實現

針對上述不能實現碼垛機全自動下線的2點原因，我們從硬件軟件兩方面入手，制定相應的研究設計方案，包括數據的實時采集和程序優化。

2.1 數據的實時采集

針對程序無法自動判斷下線垛位上的鋼板高度，我們利用激光遙感測距原理，在碼垛機橫梁區域增加激光測距儀，如圖1所示，當下線垛位上的鋼板高度不斷增加時，激光測距儀的檢測數值也隨之改變。這樣便可對下線垛位上的鋼板高度數據進行實時采集，同時程序中做出數據的轉換、判斷、篩選和計算，當碼垛機運行至此區域后，根據實際存在的鋼板高度來決定磁頭下降的高度從而為實現碼垛機全自動控制程序優化奠定了基礎。

圖1 碼垛機硬件設計改造圖Fig.1 Remould diagram of bundler hardware design

2.2 程序優化

精整區碼垛機控制系統采用SIMATIC S7－400PLC，帶有經PROFIBUS連接的I／O ET200S遠程I／O模板。程序中，建立數據實時采集程序結構，同時設定下線區域和垛鋼板的最大高度參數。當測量數據高于設定數據時，通過程序邏輯的判斷禁止碼垛機橫移并將操作鎖定，同時向行車發出吊鋼安全指示。當操作人員確認現場可以繼續下線后需要在操作畫面上確認，之后碼垛機恢復使用狀態。這樣避免與行車交叉作業產生相撞的危險。數據實時采集的程序結構見圖2。

圖2 數據實時采集程序結構圖Fig.2 Structure of data real－time collect programme

通過以上硬件設計及軟件優化建立起碼垛機自動控制模型，實現了碼垛機控制系統的全自動。此外，結合現場實際情況，分析工藝，優化碼垛機控制時序，使之更加合理。優化之前，碼垛機原始位置是下線區，其自動過程為：碼垛機從下線區域橫移至輥道區，然后下降勵磁吸鋼，提升橫移至下線區，下降去磁放鋼，整個順控結束。優化之后，將碼垛機原始位置改為輥道區，其自動過程為：碼垛機下降勵磁吸鋼，提升橫移至下線區，下降去磁放鋼，回到輥道區，整個順控結束。見圖3。

圖3 優化前后順控示意圖Fig.3 Sequence control schematic diagram before and after optimizing

可以明顯看出，通過調整時序，優化之后的模型減少了鋼板到位后等待碼垛機從下線區域橫移至輥道區的時間，從而使碼垛機自動控制模型更加完善。應用生產后，平均每支母板節省下線時間約10s，即使將來剪切線提高速率也將極大滿足其下線要求。

3 結論

綜上所述，通過增設硬件設施和對軟件的程序優化，使得碼垛機自動控制模型得以實現，應用于生產后加快了鋼板下線節奏，大大提高了生產作業率，解決了制約生產的瓶頸。

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