1 控制系统组成和成品堆垛工艺流程
目前国内有30多条板材生产线，成品堆垛全过程多由操作员手动完成。这种工艺模式劳动强度大，工作效率低。韶钢宽中厚板生产线控制系统由TMEIC-GE设计供货，其特点是全线L2级物料跟踪控制开发比较到位，堆垛过程自动化程度较高。
控制系统如图1所示，L2级的数据服务器、跟踪控制服务器、人机界面通过高速以太网连接通讯；L2控制系统通过高速以太网和工业控制网与L1级控制系统PLC双通道连接通讯；现场检测元件金属检测器、执行元件通过接线与I/O模块连接，I/O模块通过Device-NET现场总线与L1级控制系统PLC连接通讯；传动变频器VVVF通过TL-S20现场总线与L1级控制系统PLC连接通讯。
图1 控制系统组成图
韶钢3500 mm中厚板生产线成品收集工艺流程如图2所示，来料钢板在定尺剪前自动完成对中后按长度设定进行定尺剪切，剪切后的成品板经输送辊道送至标印机标印，标印后的成品板经堆垛机输入辊道送至堆垛机入口辊道，由堆垛机入口辊道上方的天车磁力吊在堆垛机入口辊道上完成堆垛，钢垛由链式横移架运送至堆垛机输出辊道，最后由天车起吊入库。
堆垛机主要由电磁起吊机构、链式横移架、链式横移架两端的液压抬升装置和位置检测元件组成。电磁起吊机构主要由升降变频调速电机、平移变频调速电机、电磁吸盘、导向杆等组成，电机带有绝对式编码器用来检测升降高度，起吊机构正常运行时起升高度为吸盘下表面距辊道面250 mm。起吊机构在吸吊钢板时，要求电磁吸盘中心线和钢板宽度方向中心线基本对齐。这个功能由平移电机完成，正常运行时平移范围在900 mm以内，平移位置的检测由安装在传动轴上的增量式编码器完成，传动轴每转一圈(平移600mm)编码器可发出4 096个脉冲，定位精度非常准确。6个电磁吸盘平均分布在入口辊道上方，控制系统只需根据钢板位置选择给磁吸盘数量。
链式横移架入口、出口链条分别伸入到入口、出口辊道之间，钢板在辊道上运输时伸入辊道之间的部分降到辊道面以下，有上板或下板要求时，抬升装置上升，链条伸入辊道之间的部分达到链式横移架平面高度。
图2 成品收集工艺流程
2 自动堆垛控制技术方案
钢板在定尺剪前有自动对中过程，在剪切、标印及辊道运输时，钢板在辊道宽度方向的位置不变，只要来料钢板宽度不变，堆垛机磁力吊无需在钢板宽度方向平移对位。当钢板尾端离开标印机后的金属检测器时，堆垛机L1级控制站PLC就可以收到来自L2级数据服务器关于来料钢板的长、宽、厚、炉号、钢种等信息，L1级系统完成是否可以成垛的判断。如果可以成垛，在来料钢板完成自动定位之前，提前完成平移对中、给磁吸盘数量选择，只要来料钢板长度不变，给磁吸盘数量也不会改变。针对个别需下线处理(修磨、翻面检查)的板，控制系统无法识别，设置了人工确认功能，即实现系统、人工双重判断，杜绝混炉号、混钢种、缺陷板成垛等严重质量事故。
3 堆垛过程自动控制的实现
钢板堆垛过程自动控制包括钢板在链式横移架入口辊道上的自动定位、堆垛机控制站PLC的逻辑判断、天车磁力吊的步序控制、链式横移架链条的步序控制。
3.1 钢板定位控制
钢板定位控制由跟踪控制服务器通过工业控制网给定辊道运行速度参数实现。当Device-NET检测到电磁起吊机构提升高度250 mm≤H≤360 mm(提升高度测量编码器)、链式横移架伸入堆垛机入口辊道部分下降到位(接近开关)，，TL-S20检测到堆垛机入口辊道上无板且辊道速度为零后，堆垛机L1级控制器PLC通过工业控制网告知L2跟踪控制服务器堆垛机处于要钢待料状态，L2跟踪控制服务器收到L1级的待料信号后，通过跟踪控制服务器→PLC→VVVF给出辊道起动命令，辊道运行加速度为60 r/min，最大速度Vmax=95r/min。如图3所示，标印辊道、堆垛机输入辊道将匀速度向堆垛机入口方向运行，钢板的运行距离L=ftoVdt。当L2跟踪控制服务器计算到钢板头部到达堆垛机输入辊道7.5 m处时，以同样的速度参数起动堆垛机入口辊道，计算到钢板尾端离标印辊道时，标印辊道停车。当跟踪控制服务器收到堆垛机入口金属检测器有钢信号后，在对钢板位置进一步校正的同时，堆垛机输入辊道进入定位控制步序，从堆垛机入口金属检测器算起，钢板要求在12 s内行走它本身长的距离，速度从95 r/min降为0，加速度a=2(L钢－12Vmax)/122，即当金属检测器被钢尾端触发后，辊道速度正好为0，辊道停车，L2级系统向堆垛机L1系统发钢板定位完成信号。
3.2 L1级成垛判断控制
如图3所示，当钢板尾端离开标印机后的金属检测器时，堆垛机L1级控制器PLC就可以从L2级数据服务器读取到该钢板信息(炉号、钢种、长、宽、厚)，并做如下判断处理：如果是堆垛第一张板，将根据钢板长度从右到左选择给磁电磁吸盘数量，根据钢板宽度完成平移对中；否则将判断成垛条件，成垛条件为来料钢板和已成垛钢板必须同钢种、长度度偏差小于500 mm、厚度相同、宽度相同，并将判断结果画面提示给操作员。
图3 L1级逻辑判断控制流程
3.3 电磁起吊机构的动作步序控制
堆垛机L1系统收到钢板定位完成信号后，结合信息交换过程中的比较判断结果，如果可以成垛，电磁起吊机构下降到位，成垛张数计数器加1，若加1后的成垛张数等于设定值，电磁吸盘消磁，起吊机构升起，成垛钢板放置在堆垛机入口辊道上，并在L1级监控画面提示堆垛完成(PILENOW变绿色)，等待操作员确认指令，若加1后的成垛张数小于设定值，则按钢板重量加大给磁量，电磁起吊机构升降到位后向L2级系统发出待料信号。如果不可成垛，则电磁起吊机构不会自动动作。如果钢板表面有下线处理的标识，操作员将堆垛机L1级控制画面切换到手动状态，电磁起吊机构不动作。控制流程如图4所示。
图4 磁力吊控制流程
3.4 链式横移架的动作步序控制
链式横移架的动作开始于操作员的两个按钮指令，一个是堆垛完成按钮，一个是通过按钮。堆垛完成按钮的执行条件是：L1级监控画面提示堆垛完成后的操作员确认按钮。通过按钮执行条件是：信息交换过程中L1系统的比较判断结果是不可以成垛或经人工识别钢板表面有下线处理的标识的不可以成垛来料钢板的确认按钮。一旦操作员按下上述铵钮的任何一个，L1级系统将计算链式横移架面板上钢垛所占的面积、钢垛之间的间隙(固定值，500 mm)，并和链式横移架总面积比较是否有空位，如果空位足够，链式横移架入口链条抬升到位并向出口方向横移，直至入口辊道上的钢板(钢垛)完全离开辊道，入口链条下降到位并向L2级发待料信号。如果链式横移架面板上空位不足以上板，链式横移架出口链条抬升到位，入口链条、出口链条全速向出口方向横移，直至空位足够然后开始上板。如需下板，链式横移架面板上靠近出口辊道的钢板(钢垛)完全进入出口辊道，出口链条下降到位，控制流程如图5所示。
图5 链式横移架控制流程
4 结束语
钢板堆垛过程实现自动化控制后，在提高产量、改善产品质量、减轻劳动强度、提高设备利用率等各方面取得了良好的效果，适合于有一定自动化基础的各种板材生产线。
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本文标题：钢板堆垛过程自动化控制实践
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