中型材冷鋸區域設備自動控制的實現

趙慶豐

摘要：宣鋼型材生產線2007年建成投產，年產量70萬噸。該生產線鋼材定尺鋸切由冷鋸區域設備完成。本文通過對冷鋸區域設備的學習和研究，在原設計半自動化的基礎上，對冷鋸區域設備進行了自動控制設計，通過加裝檢測元件和編制PLC程序，將冷鋸區域設備各個工序過程相互銜接，實現了冷鋸自動鋸切控制。經過對冷鋸區域設備的自動控制設計，提升了冷鋸自動化運行程度，提高了生產作業率，降低了人工生產勞動強度。

關鍵詞：型材；冷鋸區域設備；自動控制

1 宣鋼型材生產線及其冷鋸區域簡介

宣鋼型材生產線2007年建成投產，年產量70萬噸。可生產的產品規格包括8#—20#角鋼，10#—28#槽鋼，10#—25#工字鋼，25#—50#U型鋼，Ф50—Ф110 mm圓鋼和100mm—150mm方鋼。

該生產線鋼材定尺鋸切由冷鋸區域設備完成。冷鋸區域以冷鋸為核心，實現冷鋸定尺鋸切功能。冷鋸區域設備包括鋸區輥道、1#冷鋸、2#冷鋸、固定冷鋸、齊頭擋板和定尺機，以及其他機械設備。鋸區有三臺冷鋸用于鋸切軋件，可根據需要鋸切成6～12.5米不同定尺的成品材。三臺冷鋸包括1#冷鋸、2#冷鋸和固定冷鋸，其中1#冷鋸和2#冷鋸能夠左右移動，固定冷鋸為基準固定不可橫向移動。齊頭擋板可以上、下動作，在鋸切過程中對齊鋼材，與固定冷鋸配合切頭。定尺機也可左右橫向移動，其內部有多個擋板，根據不同定尺的要求選擇不同擋板上下動作，與冷鋸配合鋸切所需的鋼材尺寸。鋸區輥道為變頻控制，作為傳輸待鋸切鋼材使用，可根據現場實際要求調節輥道速度。

2 冷鋸自動化控制系統介紹

工業自動化現場總線網絡組態結構采用三級控制系統和兩層通訊網絡結構。三級控制系統中，從頂層至底層分別為人機接口（HMI）、基礎自動化系統和執行模塊。其中，人機接口（HMI）即為客戶機或手操屏畫面，基礎自動化系統為PLC系統，執行模塊包括遠程站、傳動調速系統等。兩層通訊網絡包括工業以太網通訊網絡和ProfibusDP通訊網絡。人機接口與PLC之間及PLC彼此之間聯成以太網，實現彼此的信息交換；PLC與各自的遠程I/O站之間或與調速傳動之間采用ProfiBusDP通訊網絡。

冷鋸自動化控制系統，基礎自動化系統采用西門子S7 400 PLC 系列的處理器CPU 4142 DP。PLC系統之間、PLC與人機接口（HMI）之間采用工業以太網通訊。PLC與遠程站ET200、PLC與變頻器之間采用ProfibusDP網絡通訊。PLC程序采用西門子STEP7 V5.5進行編制，畫面采用西門子WINCC 6.0。為使整條軋線為一個整體控制系統，各部分之間可以進行通訊，使用工業以太網相互連接。

冷鋸PLC由兩路ProfibusDP網絡組成，一路為遠程站網絡，另一路為變頻器網絡。遠程站網絡包括操作臺遠程站、液壓站遠程站、中壓水站，變頻器網絡包括三段輥道變頻器。操作臺遠程站主要為冷鋸部分的開關量和模擬量的輸入/.輸出；液壓站遠程站主要為冷鋸集中液壓站控制的輸入/.輸出部分；中壓水站遠程站主要為冷鋸中壓水控制的輸入/.輸出部分。鋸區輥道控制分為三段，由三臺變頻器控制。

3 冷鋸區域設備自動控制的實現

為提高中型材冷鋸區域設備自動化程度，提高生產作業率，降低人工勞動強度。在原設計半自動控制的基礎上自行設計了冷鋸區域設備工序過程的自動控制。

冷鋸區域加入適當的檢測元件并通過自動化編程，使各工序過程相互銜接，實現冷鋸區域的自動鋸切控制。

在1#鋸、2#鋸、固定鋸和定尺機前分別加入冷金屬檢測器，即為冷檢1～4，并通過編制程序對鋸區設備進行自動鋸切控制。

冷鋸區域自動控制編程思路流程（以三臺鋸同時使用為例）：

（1）冷檢1、冷檢2、冷檢3陸續檢測到軋件上升沿信號后，齊頭擋板升起，鋸區輥道延時（延時可在WINCC畫面上設定）停止，軋件撞擊擋板對齊后，壓料手和拉料手夾緊壓實軋件，固定鋸前進進行切頭。

（2）鋸切完畢后，切下的頭部掉入輥道下方收集斗中，固定鋸退回至初始位，同時壓料手和拉料手松開軋件，齊頭擋板下降，鋸區輥道運行，冷檢4檢測到軋件信號。

（3）定尺機擋板下降，軋件撞擊擋板對齊，鋸區輥道停止，壓料手和拉料手夾緊壓實軋件，三臺鋸同時前進鋸切。

（4）鋸切完畢，三臺鋸均退回至初始位后，同時壓料手和拉料手松開軋件，定尺機擋板上升，鋸區輥道運行。

（5）三臺冷鋸本次共鋸切三段定尺材，由于三段鋸區輥道轉速不同，冷檢4可檢測到三個空檔位（可檢測下降沿信號）。

（6）冷檢4檢測到三個空檔位信號后，返回執行（3）～（5）步驟。

（7）當冷檢1檢測到鋼尾信號后，證明本排軋件鋸切即將完畢。當尾部剩余不多，即會掉入輥道下方收集斗中，完成一次鋸切任務。當尾部還有一段長度時，繼續運行至冷檢4處。冷檢4檢測到軋件信號，定尺機擋板下降，若冷檢3和冷檢2也檢測到軋件，則固定鋸和1#鋸同時鋸切；若只有冷檢3檢測到軋件，則固定鋸進行鋸切。這樣也完成了一次鋸切任務。

冷鋸區域自動控制說明：

（1）冷鋸區域設備可進行手動和自動控制。

（2）上述為三臺冷鋸同時使用編程流程，也可再冷鋸鋸切的基礎上選擇兩臺或一臺冷鋸進行自動控制。

（3）冷鋸前進和后退到位需要分別安裝前后極限到位信號。

（4）鋸切軋件長度鋸切需提前計算，剩余的尾部長度盡可能短，可自行掉入輥道下的收集斗中。

（5）三段鋸區輥道分別由各自變頻器控制，可單獨設定速度，自動鋸切要求鋸區輥道1～鋸區輥道3轉速逐漸增加，可拉來鋸切完的軋件之間的距離，便于檢測元件檢測并執行下一步的自動控制。

（6）齊頭擋板下降為原始位，上升為對齊位；定尺機擋板上升為原始位，下降為對齊位。

4 結論

宣鋼中型材生產線，冷鋸區域設備工序過程相對復雜，涉及控制的設備較多。通過對冷鋸設備的學習和研究，在原設計半自動化的基礎上，對冷鋸區域設備進行了自動控制設計，提升了冷鋸自動化運行程度，提高了生產作業率，同時降低了人工生產勞動強度。