型鋼成品碼垛自動控制系統設計分析

摘要：文章以型鋼成品碼垛自動控制系統為研究對象，首先對系統工作原理進行了簡要分析，進而對整個自動控制系統的基本構成情況進行了簡要分析，最后就型鋼成品碼垛自動控制系統設計過程中的關鍵問題做出了詳細分析與闡述，望能夠引起各方工作人員的特別關注與重視。

關鍵詞：碼垛自動控制 系統設計分析 PLC 變頻器

0 引言

現代意義上，碼垛的最核心概念就在于：建立在集成單元化思想基礎之上，將單件、分散的物料按照一定的模式進行集中處理，其目的在于為后續有關物料的儲存、運輸、以及裝卸活動提供便捷。在現代化的生產操作當中，對于物料自重較輕、尺寸相對較小、且吞吐量相對較小的情況下，應用人工式的碼垛方案即可取得良好的效果。然而，對于工作量較大、物料自身重量較重、且尺寸變化相對明顯的情況來說，長時間性的進行人工式的碼垛作業不但會導致工作效率的體現，更可能導致相關工作人員的人身健康受到不利的影響。并且，實踐研究結果證實：基于自動化的碼垛控制方案不單單能夠提高物料處理的速度，緩解對人身健康的不利影響，同時在提高物垛整齊性，降低物料受損率，提高處理柔性水平等多個方面，也有著重要的作用與意義。本文即針對此問題，做詳細分析與說明。

1 型鋼成品碼垛自動控制系統工作原理分析

在整個型鋼成品碼垛自動控制系統的應用過程當中，主要所涉及到的碼鋼品種包括以下幾種類型：（1）H型鋼；（2）工字鋼；（3）槽鋼。碼鋼產品長度均在12.0m范圍之內。在整個自動控制系統的運行過程當中，首先需要在輸送輥道當中，完成對鋼材的輸送及挑選，進而傳遞至鏈條式移鋼臺架當中。在此環節工作過程中，將生產線上所存在的質量性能不合格型鋼產品統一傳遞至短尺區。于此同時，需要對質量合格的型鋼產品按照規格、尺寸進行分組、對齊，確保所輸送的型鋼產品能夠準確、整齊的進入到鏈條式移鋼臺架當中；再通過分組、定位機構，對已分組的型鋼產品在預定的位置實施翻轉碼垛。在交替運行動作的實施過程當中，借助于收集框的升降，實現對不同類型鋼材的堆垛；進而，傳輸輥道傳遞型鋼堆垛至壓緊機構處理區域，確保堆垛的整齊性與緊密性，最后在輸送輥道的作用下，完成整個處理。

整個型鋼成品碼垛自動控制系統的操作步驟為：輸入輥道→輸入升降鏈1#、2#→傳輸鏈1#、2#→輸入控制擋板→分組擋板1#→定位擋板2#、3#→電磁鐵翻轉→收集框升降→壓緊裝置→輥道輸出。

2 型鋼成品碼垛自動控制系統構成分析

在設計型鋼成品碼垛自動控制系統的過程當中，主要應當關注的問題包括以下幾個方面：（1）需要確保整個型鋼成品碼垛自動控制系統能夠穩定且持續性的運行。（2）由于在型鋼成品碼垛自動控制系統的運行過程當中，槽鋼堆垛要求型鋼產品能夠按照一定的分組單位進行咬合，因此，就需要槽鋼雙數層堆垛需要通過兩次翻轉作業，以及機構定位精準、有效，以確保槽鋼相互之間準確咬合；（3）考慮到在型鋼成品碼垛自動控制系統的作業過程當中，型鋼堆垛翻轉動作當中所對應的翻轉動力方向與型鋼產品設備重力方向呈現出相反性狀態（0°～90°）。但在90°～180°區間，兩者方向是相同的。因此，在翻轉過程當中會出現一個沿下行的加速度，若仍然使其進行自然性的翻轉，則勢必會產生較為強烈的振動，影響設備的運行。因此，需要在設計過程當中，應用液壓閥對設備進行保壓處理，結合實際情況對系統工作壓力進行可靠的調節；（4）在對型鋼產品進行堆垛處理的過程當中，收集框每放上一層的型鋼產品，就需要下降一定的高度，其目的在于確保收集框平面高度的既定性與穩固性。自動控制系統的基本結構如下圖所示（見圖1）。

3 型鋼成品碼垛自動控制系統設計過程分析

首先，從型鋼成品碼垛自動控制系統的設計角度上來說，控制系統最為基礎性的要求就在于：確保碼垛機車能夠在出現一定擾動因素影響的情況下，結合實際工況進行及時且有效的剎車以及定位處理，同時也需要保障控制系統相關部件升降動作、以及翻轉動作的穩定可靠。在系統運行的過程當中，作用于型鋼成品碼垛自動控制系統外部的擾動因素主要包括以下幾個方面：（1）負載變化；（2）驅動加速力；（3）減速力。與此同時，內部擾動力則主要是受到系統以及傳感器測量誤差因素的影響。具體而言，對于整個控制系統的控制要求可以歸納為以下幾個方面：（1）控制系統的控制方式可以實現在自動控制、手動控制、以及單機運轉控制這三種類型下有效切換與動作；（2）控制系統能夠實現對品種不同型鋼產品以及堆垛順序的合理設置；（3）為了確保型鋼成品碼垛自動控制系統在運行過程當中的高度可靠與穩定，就需要針對碼垛機的平移、翻轉動作、以及升降動作設置相應的限位保護；（4）基于對系統定位快速與準確性的要求，需要在系統中設置相應的定位減速控制功能。基于此，整個PLC控制系統的基本運行流程示意圖如下圖所示（見圖2）。

其次，從變頻器速度控制的角度上來說，常規意義上的變頻器轉速方程應當為：電機轉速=60*電源頻率*（1-電機轉差率）/電機極對數。由此，不難發現：可通過對電機極對數的改變，達到轉變電機轉速的目的，最終可實現無極調速。型鋼成品碼垛自動控制系統基于雙電機進行傳動，變頻器容量應當為兩臺電動機所對應的容量之和。在實際運行過程當中，電動機始終按照統一性的頻率進行控制。換句話來說，電動機之間不存在幅度過大的負載不平衡問題，即便在加速、以及減速運行的狀態下，電動機也可實現對負載轉矩的合理且適當分配。在碼垛機執行裝載動作的過程當中，速度控制有變頻器的加減速時間設定器設定為最佳值，確保運輸過程的平穩可靠。同時，基于對控制系統運行安全性的考量，還需要設置限位光電開關以及極限位置接近開關，在信號輸入PLC控制系統的過程當中，結合該信號決定是否需要應用軟件達到屏蔽輸出的目的，控制系統運行。

4 結束語

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