棒材收集區(qū)域電氣設(shè)備技術(shù)升級(jí)優(yōu)化

張亞迎

（河鋼集團(tuán)宣化鋼鐵公司，河北 075100）

0 引言

由于近年來軋制設(shè)備不斷升級(jí)以及軋制工藝的持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)，宣鋼二棒材生產(chǎn)線的軋制節(jié)奏和速度也不斷加快，產(chǎn)量比最初設(shè)計(jì)的能力有較大提高；另外為了滿足市場(chǎng)需要、增加企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，棒材產(chǎn)品的規(guī)格和種類也日趨多樣，這對(duì)二棒材軋線收集區(qū)設(shè)備的收集速度和效率提出了更高的要求。軋線收集區(qū)設(shè)備是整個(gè)軋線生產(chǎn)設(shè)備的重要一環(huán)，其主要設(shè)備包括落鋼機(jī)和打捆機(jī)。收集區(qū)設(shè)備的主要功能是將切好定尺的棒材由精整區(qū)運(yùn)輸鏈卸至輸送輥道，由輸送輥道將棒材送至打捆機(jī)進(jìn)行打捆作業(yè)。如果收集區(qū)設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行速度和效率不能滿足產(chǎn)線軋制的快節(jié)奏和軋制規(guī)格的多樣化，將直接影響到整條軋線生產(chǎn)效率和產(chǎn)量的提升。

由于宣鋼二棒材生產(chǎn)線產(chǎn)量和產(chǎn)品規(guī)格的增加，收集區(qū)原先設(shè)計(jì)的落鋼機(jī)與打捆機(jī)運(yùn)行方式和生產(chǎn)能力已經(jīng)跟不上軋機(jī)增長(zhǎng)的生產(chǎn)節(jié)奏，外加收集區(qū)設(shè)備年久失修、故障頻發(fā)，已經(jīng)成為了二棒材生產(chǎn)線的制約環(huán)節(jié)。本文對(duì)二棒材生產(chǎn)線收集區(qū)設(shè)備目前存在的問題進(jìn)行了梳理，對(duì)影響落鋼機(jī)、打捆機(jī)運(yùn)行速度和效率的主要因素進(jìn)行了分析，提出了升級(jí)收集區(qū)設(shè)備運(yùn)行速度和效率的技術(shù)改進(jìn)方案。

1 收集區(qū)設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)狀及問題

1.1 收集區(qū)設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)狀

宣鋼二棒材生產(chǎn)線于2012 年3 月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量在100萬噸以上，軋線收集區(qū)域分為A/B 兩區(qū)。原設(shè)計(jì)兩個(gè)區(qū)域各配備二臺(tái)采用PLC 控制的進(jìn)口桑德斯打捆機(jī)，共計(jì)四臺(tái)，每臺(tái)打捆能力約30000t/d；各配西門子PLC 控制、電機(jī)傳動(dòng)的鏈條式落鋼機(jī)一臺(tái)，共計(jì)二臺(tái)，每臺(tái)收集能力約2000t/d。

由于收集區(qū)的機(jī)電設(shè)備為滿足產(chǎn)線軋制速度，盡量提高節(jié)奏，一直在高負(fù)荷情況下運(yùn)行，機(jī)械及電氣控制系統(tǒng)各種故障頻繁，經(jīng)常造成生產(chǎn)停滯以及自動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)常無法正常運(yùn)行，收集區(qū)設(shè)備無法按控制程序自動(dòng)落鋼、自動(dòng)打捆，維檢人員勞動(dòng)強(qiáng)度較大，嚴(yán)重制約了二棒生產(chǎn)線產(chǎn)能釋放。

1.2 收集區(qū)設(shè)備主要問題分析

由于二棒材生產(chǎn)線軋制速度的提升、產(chǎn)能的增加，以及軋制規(guī)格的多樣化，使得這條生產(chǎn)線的收集區(qū)生產(chǎn)壓力日益加大。

（1）落鋼機(jī)系統(tǒng)。原設(shè)計(jì)二棒材生產(chǎn)線收集分為兩個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域配套有一套鏈條式落鋼機(jī)，由于產(chǎn)線軋制速度的提升以及產(chǎn)品種類和規(guī)格的增多，而且不同規(guī)格產(chǎn)品的成捆支數(shù)也不同，之前設(shè)計(jì)的落鋼機(jī)運(yùn)行方式已經(jīng)不能滿足目前軋線快節(jié)奏的落鋼需求。

（2）打包機(jī)系統(tǒng)。隨著二棒材生產(chǎn)線軋制速度的提升以及軋制品種和規(guī)格的多樣化，原設(shè)計(jì)每個(gè)區(qū)域配置兩臺(tái)打捆機(jī)就顯得捉襟見肘。因?qū)γ坷Τ善凡亩夹枰辽俅蚶纱危也煌?guī)格的鋼材在打捆扎數(shù)上的要求也不同，這就造成了成品棒材收集打捆效率的降低，嚴(yán)重制約了二棒材生產(chǎn)線的產(chǎn)能及成品質(zhì)量。

綜上所述，原二棒材生產(chǎn)線收集區(qū)的機(jī)電設(shè)備已無法適應(yīng)當(dāng)下該生產(chǎn)線的產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量，增加了該產(chǎn)線產(chǎn)品的成本，降低了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。為了進(jìn)一步提高二棒生產(chǎn)線的產(chǎn)量與成品質(zhì)量，提升收集區(qū)的成品收集效率，適應(yīng)日趨加快的生產(chǎn)需求，實(shí)施收集區(qū)域技術(shù)升級(jí)改造勢(shì)在必行。

2 收集區(qū)設(shè)備技術(shù)升級(jí)方案

針對(duì)前述收集區(qū)機(jī)電設(shè)備存在的問題，二鋼軋廠成立了技術(shù)攻關(guān)小組，就收集區(qū)機(jī)電設(shè)備技術(shù)升方案進(jìn)行了充分討論，最終提出了優(yōu)化方案。優(yōu)化方案重點(diǎn)從以下幾大方面著手：

（1）改變落鋼機(jī)的接鋼方式。落鋼機(jī)由原來的循環(huán)往復(fù)式接鋼改為由上、下接料臂分別控制的接鋼方式。

（2）改變落鋼機(jī)的傳動(dòng)方式。落鋼機(jī)由PLC 模塊→繼電器→液壓閥臺(tái)的控制方式替代原先電機(jī)傳動(dòng)的控制方式。

（3）增加打捆機(jī)數(shù)量。將原有的收集B 區(qū)兩臺(tái)桑德斯打捆機(jī)移動(dòng)至收集A 區(qū)，同時(shí)引進(jìn)6 臺(tái)瑞進(jìn)打捆機(jī)，收集A 區(qū)安裝一臺(tái)，剩余5 臺(tái)設(shè)置到收集B區(qū)，實(shí)現(xiàn)收集A、B 區(qū)各五臺(tái)打捆機(jī)的工藝要求；由收集B 區(qū)移動(dòng)到A 區(qū)兩臺(tái)桑德斯打捆機(jī)，更換廢舊電氣元件及電纜。

（4）編寫、調(diào)試新引進(jìn)的瑞進(jìn)打捆機(jī)的自動(dòng)程序，組態(tài)人機(jī)交互界面；

（5）優(yōu)化原有落鋼機(jī)至打捆機(jī)輥道自動(dòng)運(yùn)行程序，滿足自動(dòng)打捆要求。

3 收集區(qū)設(shè)備技術(shù)升級(jí)方案的實(shí)施

3.1 改變落鋼機(jī)的接鋼方式

將落鋼機(jī)原有的循環(huán)往復(fù)式接鋼改為由上、下接料臂分別控制的接鋼方式。

項(xiàng)目實(shí)施前落鋼機(jī)工藝組成：圖1 為鏈條式落鋼機(jī)工作原理圖，由圖1 可以看出，當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂擋住接近開關(guān)信號(hào)時(shí)，落鋼機(jī)在初始位，此時(shí)可以將成品材由3 段運(yùn)輸鏈落入落鋼機(jī)旋轉(zhuǎn)接料臂；當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)鏈條旋轉(zhuǎn)半周，旋轉(zhuǎn)接料臂將成品材放入落鋼機(jī)輥道，另外一側(cè)的旋轉(zhuǎn)臂遮擋接近開關(guān)信號(hào)時(shí)，落鋼機(jī)回到初始位，循環(huán)往復(fù)接鋼。

圖1 鏈條式落鋼機(jī)工作原理圖

項(xiàng)目實(shí)施后落鋼機(jī)工藝組成：圖2 為上、下接料臂分別控制落鋼機(jī)工作原理圖，由圖2 可以看出，上接料臂接鋼后，自動(dòng)下降至下降位（上接料臂卸料位），延時(shí)過后，上接料臂回到上升位（上接料臂接料位），此時(shí)下接料臂完成接鋼，并自動(dòng)下落至落鋼機(jī)輥道（下接料臂卸料位），延時(shí)過后，下接料臂回到上升位（下接料臂接料位）。上、下接料臂分別通過增加的接料、卸料接近開關(guān)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

圖2 上、下接料臂分別控制落鋼機(jī)工作原理圖

3.2 重新編寫落鋼機(jī)的控制程序

原設(shè)計(jì)使用的控制方式是PLC→電氣傳動(dòng)裝置→電機(jī)，該控制方式PLC 程序較為繁復(fù)，容易出現(xiàn)電氣故障，并且難以查找故障原因，容易造成設(shè)備停機(jī)。而簡(jiǎn)化后的控制程序，通過一個(gè)接近開關(guān)找尋原位，并利用液壓傳動(dòng)控制，即PLC 模塊→繼電器→液壓閥臺(tái)的控制方式，不僅節(jié)約了成本，而且不易發(fā)生邏輯錯(cuò)誤，運(yùn)行更加穩(wěn)定。

3.3 調(diào)整并增加打捆機(jī)數(shù)量

將原有的4 臺(tái)桑德斯打捆機(jī)保留，并進(jìn)行設(shè)備擴(kuò)容。將收集B 區(qū)2 臺(tái)桑德斯打捆機(jī)移動(dòng)至收集A區(qū)，同時(shí)引進(jìn)6 臺(tái)瑞進(jìn)打捆機(jī)，收集A 區(qū)安裝1 臺(tái)，剩余5 臺(tái)設(shè)置到收集B 區(qū)，實(shí)現(xiàn)收集A、B 區(qū)各5 臺(tái)打捆機(jī)的工藝要求。

項(xiàng)目實(shí)施前打捆區(qū)工藝組成：二棒材生產(chǎn)線收集區(qū)收集區(qū)域分為A、B 兩個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域各只有2臺(tái)打捆機(jī)，以收集B 區(qū)為例，其工藝組成示意如圖3所示。

圖3 項(xiàng)目實(shí)施前B區(qū)打捆機(jī)工藝組成

項(xiàng)目實(shí)施后打捆區(qū)工藝組成：收集B 區(qū)2 臺(tái)桑德斯打捆機(jī)移動(dòng)至收集A 區(qū)，同時(shí)引進(jìn)6 臺(tái)瑞進(jìn)打捆機(jī)，收集A 區(qū)安裝1 臺(tái)，剩余5 臺(tái)設(shè)置到收集B區(qū)，實(shí)現(xiàn)收集A、B 區(qū)各五5 打捆機(jī)的工藝要求。以收集B區(qū)為例，其工藝組成示意如圖4所示。

圖4 項(xiàng)目實(shí)施后B區(qū)打捆機(jī)工藝組成

3.4 編寫、調(diào)試引進(jìn)打捆機(jī)的控制程序

結(jié)合收集區(qū)設(shè)備總體控制功能要求，編寫新引進(jìn)的瑞進(jìn)打捆機(jī)的自動(dòng)程序，組態(tài)人機(jī)交互界面，并進(jìn)行調(diào)試。

新引進(jìn)的瑞進(jìn)打捆機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子SI?MATIC S7-1200 系列PLC，此系列PLC 具有用于進(jìn)行程序計(jì)算和測(cè)量、閉環(huán)控制和實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制的集成技術(shù)，是一個(gè)功能集成且強(qiáng)大的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同類型的自動(dòng)化生產(chǎn)任務(wù)。SIMATIC S7-1200 PLC 控制器包含兩個(gè)高速輸出，可用作脈沖輸出，也可實(shí)現(xiàn)調(diào)諧脈沖寬度輸出。當(dāng)作為PTO 組態(tài)的時(shí)候，輸出速度可高達(dá)100 千赫，占空比脈沖序列可提供至50%，步進(jìn)馬達(dá)及伺服驅(qū)動(dòng)器的開環(huán)回路速度和位置得以控制，里面的兩個(gè)高速計(jì)數(shù)器提供對(duì)脈沖序列輸出的反饋。當(dāng)組態(tài)為PWM 輸出時(shí)，提供固定周期數(shù)輸出且是可變占空比的。以一臺(tái)瑞進(jìn)打捆機(jī)為例，PLC 控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)如圖5所示。

圖5 瑞進(jìn)打捆機(jī)PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)界面

在通訊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校珻PU 1214C 通過自帶的PROFINET 接口與人機(jī)交互接口連接，在PROFI?NET IO 網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)時(shí)（real time，RT）傳送程序資料和警告。 PROFINET 的實(shí)時(shí)是依IEEE 及對(duì)IECPROFINET 的實(shí)時(shí)進(jìn)行定義，允許在有限的時(shí)間內(nèi)處理在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)周期內(nèi)實(shí)時(shí)的服務(wù)。IM151-1是一個(gè)備用高速串行通訊模塊，采用這種系統(tǒng)是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的總線系統(tǒng)，建立PROFIBUS—DP 網(wǎng)絡(luò)，集成工程設(shè)計(jì)、程序可視化和PLC 邏輯控制在一起。PROFIBUS—DP 現(xiàn)場(chǎng)總線的重要特點(diǎn)是串聯(lián)職能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備功能及自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字形式、雙向數(shù)字傳輸、多分枝樹形結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)，是能支持正反雙向、多個(gè)節(jié)點(diǎn)的總線式的全數(shù)字模式通訊。

3.5 優(yōu)化原有打捆機(jī)輥道自動(dòng)運(yùn)行程序

由于棒材生產(chǎn)線軋制品種多以及成品鋼材長(zhǎng)度的不同（通常為9米和12米），對(duì)打包機(jī)的打包扎數(shù)要求也不同，有的成品材需要打6 扎，有的需要打8 扎，并且在工藝方面要求在成品材打捆前進(jìn)行自動(dòng)撞齊頭部，再撞齊成品材尾部的流程。針對(duì)此工藝要求，重新編寫收集打捆區(qū)域的輥道自動(dòng)程序，滿足了自動(dòng)打捆要求。

4 結(jié)語(yǔ)

宣鋼二棒材生產(chǎn)線通過實(shí)施收集區(qū)機(jī)電設(shè)備技術(shù)升級(jí)改造，顯著提高了產(chǎn)線收集區(qū)的生產(chǎn)速度和效率，減輕了操作人員的工作強(qiáng)度，收集效果滿足了目前棒材生產(chǎn)線軋制的快節(jié)奏和軋制品種規(guī)格的多樣化，極大程度提高了棒材生產(chǎn)線的產(chǎn)量規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了能源消耗、設(shè)備故障率及生產(chǎn)成本，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到宣鋼一流水平。

由于改變了落鋼機(jī)的接鋼方式、重新編寫了落鋼的機(jī)控制程序、增加了打捆機(jī)的數(shù)量、優(yōu)化了原有打捆機(jī)輥道自動(dòng)運(yùn)行程序等措施的實(shí)施，宣鋼二棒材生產(chǎn)線收集區(qū)工藝設(shè)備的自控水平和性能有了顯著提高，使整個(gè)棒材生產(chǎn)線的自控水平上升到了一個(gè)新的臺(tái)階，對(duì)公司的科技進(jìn)步起到了重要的推動(dòng)作用。同時(shí)有效促進(jìn)了宣鋼二棒材生產(chǎn)線新品鋼的拓展和多規(guī)格品種棒材的軋制，提升了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。