淺談中厚板材冷床自動搬運控制以及實現

李鵬

摘 要：中厚板是國家現代化不可缺少的一項鋼材品種，被廣泛用于大直徑輸送管、壓入容器、鍋爐、橋梁、海洋平臺、各類船艦、坦克裝甲、車輛、建筑構件、機器結構等領域，其品種繁多，使用溫度要求廣泛（-20℃-600℃），使用環境要求復雜（耐候性、耐蝕性等），使用強度要求高（強韌性、焊接性能好等）。一般厚度在4mm以上的為中厚板（4-20mm的為中板，20-60mm為厚板，60mm以上的為特厚板）。中厚板一般有較高的綜合機械性能。力學性能要求有：強度、塑性、硬度、沖擊韌性、剛度等。工藝性能要求有：焊接性能、淬透性、加工性、耐候性、耐蝕性、耐磨性、耐疲勞性、高溫特性、低溫特性等。中厚板廠軋鋼車間主要有加熱爐，粗軋機，精軋機，熱矯直機，冷床，切頭剪，圓盤剪，定尺剪，收集區等設備。目前我國建成投產和在建的中厚板生產線上，配備了不同型式和不同面積的冷床。本文主要闡述冷床設備在自動搬運過程中的自動化控制理論以及實現。

關鍵詞：中厚板材；冷床；自動搬運；西門子PLC

中圖分類號：S233 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）12-0056-01

在中厚板生產中，冷床是冶金軋鋼行業對軋制產品進行有效冷卻的區域，其種類主要有拔齒式冷床、齒條步進式冷床、撥爪式冷床、運載鏈式冷床、滾盤式冷床等，其組成包括機械傳動系統、水冷卻系統、冷床工作臺面、固定支架等，本文涉及到的冷床為滾盤式冷床。鋼板出矯直機后，溫度仍舊很高，通常在550℃以上。為了防止矯直后的熱態鋼材在冷卻過程中發生變形，保持鋼材平直和滿足鋼材剪切的要求，需要在冷床上將鋼材盡可能冷卻至規定的溫度，一般要求經冷床冷卻后鋼材溫度在150℃以下。冷床的作用除了冷卻鋼材外，還可均衡和緩沖軋制作業區與剪切等后部作業區在某一時間內的產能不平衡問題。

1 冷床自動控制理論以及操作

熱矯直機將鋼板矯直完畢后，鋼板頭部即將進入到冷床區域，操作工根據鋼板不同的厚度或者生產要求，會選擇其擺放到不同的冷床位置，板坯有了明確“目標”自動控制系統會將鋼板自動擺放到冷床本體相應的位置，然后停止，等待下一塊鋼板到來時，自動程序再次運行。在自動操作模式下生產過程可以連續自動進行，所需過程數據由二級系統提供。由操作工通過HMI畫面輸入生產數據也可完成全自動運行。在自動模式下，手動操作優先。在手動操作模式下操作人員通過操作臺上的操作開關或通過HMI上的操作畫面進行操作，指定鋼板定位目標，直接控制設備的運行或停止。在生產線的局部區域，當自動操作模式難于實現或出于安全考慮，可設置為該種操作模式，有些區域當采用手動操作模式時還可以提高作業率。

2 冷床自動控制實現

本文中主要針對兩個冷床進行闡述，如圖1，操作臺HMI畫面設有四個選項，分別為“1#冷床頭對齊”；“1#冷床尾對齊”；“2#冷床頭對齊”；“2#冷床尾對齊”，用于操作工對鋼板在冷床擺放位置進行選擇，只能選擇其中一個選項。冷床輸入輥道分布有四個定位光檢，分別位于1#冷床和2#冷床輸入輥道的入口與出口。冷床本體分布有四個光檢，分別位于1#冷床和2#冷床本體入口的入口兩端。

假設操作工選擇2#冷床頭對齊，熱矯直機將鋼板矯直完畢在進入冷床區域前，熱矯直機PLC會發送冷床輥道轉動的請求信號，鋼板頭部進入冷床運輸輥道區域，1#冷床入口光檢檢測到有鋼板后，觸發自動搬運程序，開始內部計算跟蹤長度，定義當前位置為鋼板的0米位置。到輥道第二個光檢后，因為跟蹤計算是輥道的轉速積分得來，可能會存在誤差，到達第二個光檢，頭部跟蹤信號會得到修正，把頭部跟蹤修正成物理實際位置，已得到最準確的數值。因為選擇的是2#冷床頭對齊，物理實際位置是90米，所以鋼板仍會自動全速運行，鋼板頭部跟蹤計算到85米的位置，輥道會減速到之前速度的1/4，直到2#冷床輸入輥道出口光檢檢測到鋼板頭部信號后停止。此時產生自動定位完成信號，發送給橫移鏈條，橫移鏈條開始上升，將鋼板從定位好的輥道上托起，鏈條上升到位后，鏈條帶著鋼板向前旋轉，經過x秒（與現場實際需要定時間）后鋼板邊緣接近冷床本體滾盤，冷床本體滾盤開始與鏈條一起旋轉，這時2#冷床本體兩端的光檢已經檢測到鋼板，產生“正在上鋼”信號，當鋼板經過幾秒時間，鋼板已經完全到達冷床本體，鋼板離開光檢時，光檢信號消失，PLC判斷上鋼完成，滾盤與鏈條同時停止轉動，橫移鏈條下降到最低位，設備回到了原始位，等待下一塊鋼板到來。

本系統在自動化控制方面，主PLC采用西門子400系列，HMI操作畫面由WinCC編寫。主PLC控制柜安裝在電氣室，由工業空調以及除濕機保證不間斷的運行。現場1#冷床和2#冷床設置兩個遠程IO站，用于連接現場傳感器，與主PLC通過DP網絡通訊。現場傳感器采用標準電壓直流24伏，由于鋼板到達冷床區域溫度已經降低到550℃以下，不能采用熱金屬檢測儀，所以用于定位的傳感器采用可見光紅外反射式光檢，一端發射接收信號，另外一端是反射鏡，當鋼板到來時，便可以擋住發射光束，使光檢產生數字信號。橫移鏈條的升降位檢測由PNP型接近開關完成。在上鋼和下鋼位置設有兩個操作臺，分別設有帶燈按鈕的操作面板，能夠讓操作工對單體設備進行選擇和操作，每個操作臺設一臺HMI操作畫面，用于對鋼板進行位置設定以及觀察各傳感器狀態。

3 結語

本篇文章主要講解了熱軋板在上冷床過程中的自動化控制原理與實現，沒有涉及到下冷床控制，原理與控制和上冷床類似，所以不再闡述。二級模型在文中并未體現，因為在一級PLC系統中完全可以進行一些簡單的跟蹤計算，比如鋼板頭部跟蹤，長度信息，板坯號等，如果因為生產要求，加入板坯上游與下游區域信息的跟蹤，需要要加入二級模型的計算。

中厚板廠冷床自動化控制系統的應用是基于西門子400系列PLC技術的成熟以及廠區內相關設備的完善所構建起來的，擁有較為完善的現場控制器和執行器，采用傳感器比較少，執行機構簡單可靠，如果沒有二級模型冷床也可以根據操作工預先設定好的位置進行自動搬運，再者就是人力方面的可靠性，操作工可以在整個自動搬運自動上鋼過程中進行干預，避免不必要的生產事故產生，各專業維護人員對設備定期維護，保證設備7x24小時良好的運行。

參考文獻

[1]zhouying302.百度文庫武鋼中厚板生產工藝介紹，2011，（08）.

[2]孫本榮，王有銘，陳瑛.中厚鋼板生產[M].北京冶金工業出版社，1993.

[3]張景進.中厚板生產[M].北京冶金工業出版社，2005.