一種用于棒材廠出爐輥道調控的系統

諶斌霞

(湖南博長控股集團冷水江市鋼鐵有限責任公司,湖南 冷水江417500)

1 背景技術

隨著現代工廠的生產率不斷提高、生產節奏不斷加快,可以進一步降低企業成本,其中重要的一個環節便是減少工件在生產線上的流轉程序與時間。

棒材廠加熱爐出爐輥道共計有4 段輥道,每段有8 個輥道,傳動形式為4KW 電機帶減速機,再由減速機通過皮帶帶動輥道將加熱爐加熱好的鋼坯運送到軋機進行軋制。原來由操作工手動操作輥道啟停,存在輥道送鋼不連續,節奏時快時慢很不穩定,影響產量。有時停鋼位置不好容易造成皮帶打滑,需要經常調整皮帶以及更換皮帶,造成維修人員勞動量大且備件消耗較大。如果將出爐輥道改為自動控制,將大大減輕操作人員的操作難度,且能將生產節奏控制的較好,有利于提高產量,同時又減輕了設備的維護。這樣對輥道自動控制提出以下要求：

(1)輥道能自動送鋼,且連續性較高；

(2)減少輥道頻繁啟停；

(3)減少皮帶的調整及更換；

(4)可以有效保證生產過鋼節奏,控制好連軋兩支鋼之間的距離。

2 系統介紹

整個系統包括：出爐輥道〔1〕、出爐輥道〔2〕、出爐輥道〔3〕、出爐輥道〔4〕、熱金屬檢測儀〔5〕、軋線首機架〔6〕,如圖1 所示；西門子PLC 系統程序〔7〕,如圖2 所示、電腦WinCC 操作畫面〔8〕,如圖3 所示。

2.1 熱金屬檢測儀介紹

熱金屬檢測儀(代號HMD)主要用于冶金工業系統中,通過對高溫工件的檢測,判斷工件的運動位置,輸出一控制用開關信號。它具有以下特點：(1)可在較惡劣的環境下工作(如高溫、潮濕、水霧、粉塵等環境中)；(2)可長時間連續可靠工作；(3)檢測儀為電源、控制器、輸出一體化,安裝方便。

原理：檢測儀接收由高溫物體發射出來的紅外光,經光學部分進行聚焦,成像到光敏器件上,把光能轉換成電信號,經電子線路處理,輸出一組對應的開關信號到控制器(即PLC),實現自動控制的目的。

2.2 調控系統的安裝與運行

圖1 熱金屬檢測儀安裝位置圖

圖2 西門子PLC 輥道自動控制編程圖

圖3 西門子WinCC 操作畫面輥道啟動與運行時間設定圖

出爐輥道承擔的任務是將加熱好的鋼坯送往軋機軋制,對速度沒有過高要求使其不需要變頻器控制,只需要采用傳統的三檔轉換開關以及對應的接觸器控制正反轉就能滿足要求,但是這樣對于鋼坯在出爐輥道上的擺放位置控制不是很精準,完全依賴于操作工的大致判斷,很難控制好生產節奏,因此有必要通過自動控制來實現鋼坯的準確定位。

整個控制過程分為三個階段：

第一階段：熱金屬檢測儀〔5〕安裝于出爐輥道〔4〕的中間位置,在軋線連續生產過程中,軋線上有一支鋼坯在軋制。第二支鋼坯通過出爐輥道〔1〕與出爐輥道〔2〕送到出爐輥道〔3〕上擺放,處于待軋狀態。

第二階段：軋線首機架〔6〕所軋制前一支鋼坯的尾部離開熱金屬檢測儀〔5〕,西門子PLC 系統根據熱金屬檢測儀〔5〕到首機架〔6〕的距離與軋線首機架〔6〕的速度能夠計算出前一支鋼坯離開軋線首機架〔6〕的時間,在倒計時的某一時刻啟動出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕正轉運送后一支鋼坯,當鋼坯到達熱金屬檢測儀〔5〕位置時西門子PLC 系統根據圖3〔1〕所設置的時間啟動時間繼電器,時間繼電器計時完成后分斷出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕接觸器的電源,從而使后一支鋼坯剛好停在軋線首機架〔6〕前面一點的位置。由于鋼坯重達1 噸多,因此在輥道自由停車的情況下鋼坯所停位置幾乎沒有變化。

第三階段：待到前一支鋼坯完全離開軋線首機架〔6〕時,出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕再次正轉啟動運送后一支鋼坯到達軋線首機架〔6〕進行軋制。軋線首機架〔6〕咬入后一支鋼坯后出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕停止轉動。

3 控制系統介紹

本系統主要通過新增一處熱金屬檢測儀,利用其信號參與到控制過程中,同時利用了原來的西門子PLC 系統以及電腦的西門子WinCC 操作畫面,通過軟件編程的方式來達到自動控制出爐輥道以實現自動送鋼的目的。

西門子S7-400 系列可編程控制器為中大型工業工程提供可靠的支持,棒材廠軋線設計單位采用此系統非常成熟,將出爐輥道三檔轉換開關的DC24V 開關量信號接入其數字量輸入模塊,通過編程控制其數字量,輸出模塊輸出DC24V 控制信號到小型中間繼電器,再通過中間繼電器的常開觸點將AC220V輸出給出爐輥道的主接觸器,從而帶動出爐輥道轉動運送鋼坯。S7-400 系統的CPU416 模塊、數字量輸入模塊、輸出模塊以及中間繼電器安裝于主控室PLC 柜中,而出爐輥道主接觸器安裝于低配室MCC 柜中,現場附近的分電箱有每一個輥道的開關以方便檢修。

編程時,用距離除以速度得到時間后,必須將時間轉換為S5 格式以便于后續程序中定時器使用,由于西門子S7-400 中定時器計時是采用倒計時的方式,因此需要通過“小于”邏輯來判斷第二階段中的某一時刻啟動出爐輥道〔3〕與出爐輥道〔4〕正轉,這需要根據現場前一支鋼尾部完全離開出爐輥道〔4〕來編程設置,如果前一支鋼尾部沒有完全離開出爐輥道〔4〕的情況下,由于輥道線速度為1.57m/s,而首架軋機的線速度通常在0.45～0.55m/s 范圍內,輥道輸送力遠小于軋機軋制力,就會造成輥道負載過大電流超高,極易燒毀電機并引起傳動皮帶過度磨損。

西門子WinCC 軟件是西門子控制系統中的人機界面組件,集生產自動化和過程自動化于一體,實現了相互之間的整合,非常直觀地將生產設備和生產線的狀況展示給操作人員。本系統中將圖3 中1 處“34#輥道熱檢延時”的時間編程做成輸入輸出域,放在主畫面首機架〔6〕左上方位置便于操作工隨時調整,輸入輸出域范圍調到0～5S,小數點設為2 位,由操作工根據設備狀況以及不同品規設置相應時間參數。

4 主要調試參數

4.1 出爐輥道自動控制系統主要增加一臺熱金屬檢測儀如圖1 中5,檢測儀在現場安裝于出爐輥道〔4〕段操作側的中間位置,在輥道側擋板上開個φ150mm 的圓孔,以保證被檢測鋼坯在熱金屬檢測儀的視場內。

4.2 熱金屬檢測儀安裝好后,使用米尺實地測量出圖1 中熱金屬檢測儀5 與首機架6 之間的距離作為PLC 的計算依據。

4.3 編程從PLC 原程序中讀取首機架〔6〕的線速度,如圖2所示編程用4.2 所測距離除以首機架〔6〕的線速度,從而計算出圖1 中1#鋼坯離開首機架〔6〕的時間。

4.4 編程WinCC 操作畫面“34#輥道熱檢延時”如圖3 中1,操作工在首機架6 處肉眼觀察前后兩支鋼的間隔距離以調整時間參數。由于加熱爐加熱出來的鋼坯溫度有一些不同,以及輥道皮帶在長時間運行后會產生松弛現象,必然會影響后一支鋼坯的擺放位置,因此需要操作工根據現場實際情況對“34#輥道熱檢延時”參數進行調整以達到預期的效果。一般說來,將前后兩支鋼的間隔距離控制在200～300mm 比較合適,這樣既能保證生產節奏緊湊,又能避免兩支鋼挨得太近造成后續軋制過程中其它控制用熱金屬檢測儀無法分辨出前后兩支鋼從而引起廢鋼的事故。

5 結論

棒材廠出爐輥道調控系統,通過采用現代的儀表及先進可靠的PLC 控制技術實現了自動化生產的技術升級,已在冷水江鋼鐵有限責任公司應用數年,運行穩定可靠。并于2019 年10 月20 日申請國家實用新型專利,且已取得專利證書,證書編號為ZL 2019 2 1758068.0。本系統可以有效保證送鋼節奏、提高產量、防止皮帶打滑、降低了維修成本,同時減輕了操作工的勞動強度,值得推廣應用。