步進梁聯動邏輯分析

黃鵠逸，徐 勇，夏偲禹，翟志遠

（重慶鋼鐵股份有限公司，重慶 401258）

0 引言

鋼卷運輸是軋鋼工藝的重要一環，前承軋線打捆成形的鋼卷，后接鋼卷成品庫。而鋼卷步進梁輸送機（下文簡稱“步進梁”）是實現鋼卷運輸功能最重要的設備。步進梁以其多工位，小步距，動靜相結合的特點，具有與其他設備良好適配，低生產事故率的特點，方便穩定的、快節奏的自動化生產。受機械特性限制，單個步進梁不足以滿足長距離鋼卷運輸要求，需要采用多個步進梁聯動運輸。通過分析及改進步進梁聯動關鍵邏輯，對步進梁聯動的邏輯設計有指導作用。

1 熱軋薄板廠步進梁情況概述

熱軋薄板廠17 800 mm 生產線自動化程度高，L1 生產控制系統主要采用西門子PLC300/PLC400/TDC，其中運輸區域主體設備采用PLC400 控制。鋼坯自軋線軋制成薄鋼帶，入卷取機卷曲成形，再經打捆機打捆，完成鋼卷成品工藝，開始運輸過程。由于卷取機為3 臺并行設置，所以相應有3 臺打捆機組、3臺運卷小車。鋼卷經由運卷小車運上步進式快速運輸鏈鞍座，再由1#步進梁接卷后運。鋼卷上1#回轉臺后，較少部分帶取樣標識的鋼卷經檢查線小車運往開卷器開卷檢查，大部分鋼卷運往2#步進梁。最后鋼卷在2#回轉臺兩側分流，運往5#—6#步進梁或者7#—8#步進梁，由行車吊具運往各個成品庫。因為成品庫寬度過大，單個步進梁長度不能滿足運輸要求，所以采用5#—6#步進梁、7#—8#步進梁聯動運輸（圖1）。其中，原有3#—4#步進梁因工藝調整不再參與運輸過程，已經拆除。

2 步進梁邏輯及聯動邏輯簡述

步進梁控制邏輯如圖2 所示（圖中數字表示步數）：步進梁待命時處于等待停止位，當其循環命令被觸發時，開始步進運作，先后讀取10 個位置信號，步進10 步。步進梁有3 種操作方式，分別為手動、半自動和自動，PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）操作臺旋鈕和上位機畫面均可切換操作方式。手動方式時，步進梁基本拋開步進梁控制連鎖，運作觸發方式為操作臺手動取卷手柄，可上下左右任意方向動作，操作方式為點動。手動方式為檢修、故障處理和零調提供了便利。半自動方式時，步進梁運作觸發方式也為操作臺手動取卷手柄，取卷手柄信號為“1”時，步進梁開始動作，直至動作方向的停止位信號為“1”時停止動作。半自動方式也為檢修和故障處理提供了便利。設備正常工作時采用自動運行方式，設備均無故障時可以實現全自動運行。

圖1 運輸區域示意

所有步進梁的控制均調用同一個FC 塊（功能塊），每個步進梁給予其名稱相同數值不同的外部輸入變量，該FC 塊再輸出名稱相同數值不同的變量，供塊外調用。步進梁的步進動作主要控制邏輯均在塊內完成。該FC 塊共有54 個輸入輸出點位，主要包括步進梁使能判斷、工作模式判斷、自動模式判斷、運行觸發條件、關鍵位置信號、速度給定和步進梁步數。

圖2 步進梁步進邏輯

自動狀態且步進梁使能給出時步進梁控制邏輯可簡化表述為：自動觸發條件#AUTOTRG 滿足且步進梁步數為0 時，步進梁循環#CYCLE 置位。#CYCLE 置位且步進梁處于等待停止位，則步數為1。步數為1 時，程序給出一定水平移動速度且將垂直速度給為0，速度值轉化為一定電流值輸出給比例閥，比例閥驅動液壓缸動作，液壓缸帶動步進梁動作。當步進梁運行至取卷減速位時，步數變為2，水平速度變小，步進梁慢速前進，以減少水平移動停止時對設備造成的沖擊。當步進梁運行至取卷停止位時，步數變為3，程序給出垂直移動速度，步進梁上抬，同時把水平速度變為0，停止水平位移。當步進梁運行至上升減速位時，步數變為4，垂直速度變小，步進梁慢速上抬。當步進梁運行至上升停止位時，步數變為5，程序給出水平移動速度，步進梁接卷后移，同時把垂直速度置為0。以此類推，直至步進梁重新運行至等待停止位時，將變量#CYCLE 復位，步數清零。至此步進梁自動循環完成。

步進梁自動化設計有5 點需要注意的地方：①所有停止位行程應稍短于步進梁機械行程和液壓缸行程，避免對設備的沖擊和走不到位的情況；②為避免減速位故障時造成的設備停機，程序設計需“跳過”減速位邏輯。如步進梁前進取卷時，步數為1或者2 時，只要取卷停止信號來，步數直接變為3，開始上升運行。又如步進梁上升時，步數為3 或者4 時，只要上升停止位信號來，步數直接變為5，開始后退運行。這樣能避免各個減速位信號故障帶來的設備運行故障；③減速位信號的重要性要低于停止位。減速位信號故障時設備仍可輕故障自動運行，而一旦停止位信號故障時，設備只能手動運行，大大降低設備運行效率且設備沖擊較大，對操作工的操作要求也較高，所以一般情況不允許停止位出現故障；④需考慮手動和半自動的情況聯合設計程序；⑤需考慮到急停功能，在緊急情況下無論設備處于何種運行狀態，均能瞬時停止設備動作。

目前1780 mm 熱軋薄板廠運輸線的步進梁聯動為5#—6#步進梁和7#—8#步進梁。聯動控制都調用的同一個FC 塊。步進梁的步進聯動控制邏輯均在塊內完成。該FC 塊共有19 個輸入輸出點位，主要包括自動模式判斷、步進梁MTS（位移傳感器）行程數據、步進梁步數、等待位信號和步進梁聯動信號LINK。其中，關鍵點位為LINK，該信號是聯動的2 臺步進梁運行觸發的關鍵條件。圖3 以7#—8#步進梁為例，在操作臺步進梁切到聯動且步進梁自動模式運行時，說明LINK 信號對步進梁運行的影響。

由圖可以看出，LINK 信號對2 個步進梁的循環觸發至關重要。LINK 信號何時為0 何時為1 成為步進梁循環開始與結束的關鍵性因素。

3 故障處理及分析

2017 年12 月25 日，7#步進梁多次出現單動多走一個循環的情況，8#步進梁沒有動。12 月25 日夜班出現過3 次這種情況，于是上午9 點左右在IBA 曲線（即IBA 軟件捕捉的曲線）里增加7#和8#步進梁的STEP 監控點。

當日上午9 點55 分許，7#步進梁再次出現單動多走一個循環。10 點25 分許，又出現一次。結合之前的曲線分析，發現每次出問題時8#步進梁都要卡阻>4 s。初步判定是8#步進梁的故障導致7#步進梁的異動。后下現場發現8#步進梁的先導閥插頭量電壓只有2 V，更換插頭后恢復正常。

圖3 LINK 對步進梁循環作用

7#步進梁單獨多走一個循環的故障的直接原因為8#步進梁先導閥插頭軟故障。先導閥必須正常得電液壓油管路才能通暢，比例閥才能驅動液壓缸動作。該先導閥正常電壓為DC 24 V，2 V 過低驅動不了該閥動作。由于先導閥為期約4 s 的卡阻不能動作，導致8#步進梁的循環卡阻，于是8#步進梁循環走完要比正常時候多4 s。那么，為什么8#步進梁循環的延時會導致7#步進梁的誤動作呢？

分析PLC 程序發現，LINK 的置位條件為“7#8# 步進梁STEP≠0 或”，而復位條件為“8#步進梁STEP=0”。這將導致若7#步進梁STEP=0 而8#步進梁STEP≠0 時，LINK 為置位狀態。如圖3 所示，LINK=1 將導致7#步進梁的CYCLE 置位，7#步進梁開始新的循環。這種假定情形與現場故障現象一致。

聯合IBA 曲線分析，發現步進梁正常運作時，8#步進梁的循環總是比7#步進梁的循環先行完成，所以7#步進梁STEP=0而8#步進梁STEP≠0 的情況不會出現，程序漏洞沒有暴露出來。一旦8#步進梁循環滯后，LINK 置位不能復位，將導致7#步進梁開啟新的循環。

顯然，LINK 的復位條件為“8#步進梁STEP=0”是最直接致命的邏輯錯誤，因此考慮在LINK 的復位條件上修改程序。將LINK 的復位條件修改為“7#8#步進梁STEP=0 或”，保存并下載到PLC 的CPU。因為5#—6#步進梁和7#—8#步進梁聯動都調用的同一FC 塊，所以此程序修改也對5#、6#步進梁有同等效用。程序修改至今，聯動步進梁未再出現過一次類似故障，也未有出現因程序修改造成的故障。

4 結語

設計步進梁自動化聯動運行程序時，需考慮到現場多個因素對步進梁運行造成的影響，考慮問題不能理想化。2 臺步進梁設備循環周期受現場條件制約，任意一臺步進梁都可能先走完循環，要綜合考慮各種情況，盡力避免程序漏洞。此例的程序修改方案并不是唯一方案，還可以從7#步進梁循環觸發條件、LINK 置位條件等入手修改。另外，實際聯動程序較為復雜，LINK 只是其中一個關鍵因素，做程序修改時要注意避免其他邏輯錯誤。