成品包裝臺架在棒材生產線上的應用

1 引言
隨著棒材軋制線自動控制的不斷提高，軋制速度越來越快，工藝要求也越來越高，實現軋制工藝的雙線切分軋制后，成品包裝成為棒材生產線的一個瓶頸問題。傳統(tǒng)的包裝臺架，效率低下，自動控制程度低，幾乎全是人工操作，已經不能適應快節(jié)奏的生產需要，因此提高成品包裝的速度和改善成品包裝的質量，成為整個軋制生產線亟待解決的問題。在實際的生產過程中，常常出現前面的軋線一切正常，卻由于包裝臺架包裝節(jié)奏慢，造成堆鋼和堵鋼，最終制約前面所有的工序。
項目依據工藝的需要，結合生產的實際，采用成熟的自動控制技術，實現全自動控制。新的包裝系統(tǒng)采用液壓傳動和機械傳動相結合，輥道、鏈子等控制采用無觸點開關柜和變頻控制，現場采用接近開關和對射光電等檢測元件，實現PLC邏輯控制，在操作臺上實現畫面監(jiān)控、交接班記錄、歷史曲線、包裝支數和適時報警等控制功能，同時實現自動稱重功能。通過實踐應用，采用自動控制技術的新包裝臺架，實現了自動計數，自動移鋼，短尺剔除，鋼捆稱重，自動夾緊等控制工藝，從而結束了人力包裝的時代，適應了快節(jié)奏的軋線生產要求。實踐應用以來取得了明顯的經濟效益。
2 工藝流程
在棒材生產線，成品棒材經過冷床區(qū)域冷卻，再經過冷剪定尺剪切，進入包裝臺架輸入輥道控制區(qū)，從而進入包裝臺架區(qū)域。整個包裝臺架依據工藝劃分為三個部分：入口區(qū)、中心區(qū)和出口區(qū)。下面對三個區(qū)域的工藝流程加以說明：
2.1入口區(qū)域
主要工藝說明：當鋼進入包裝臺架，從輥道上由“移鋼臺架”移到一級和二級移鋼鏈上，如果有短尺鋼，當鋼移到“短尺剔除輥道”上時，“剔除電磁鐵”得電吸起標尺鋼材，“剔除輥道”開動將短尺鋼移到短尺輥道區(qū)域，再經“剔除翻鋼”將其移走。入口區(qū)域結束。其中“移鋼臺架”的動作原理（如圖1：移鋼臺架動作周期），從原位上升，前進，到前位，再下降到低位，后退到原位；“一級鏈”上可以設定把數（一般設計1-4把）；在“二級鏈”的鏈輪上設定計數撥輪，用于準確計數，并且“二級鏈”具有高位和低位限位。
注釋：在工藝控制部分，涉及到控制元件的術語加雙引號突出，以利于理解和敘述。下同。
2.2中心區(qū)域
主要工藝說明：鋼從入口區(qū)的“二級鏈”移到“三級鏈”，其中“三級鏈”由“液壓馬達”實現加速控制，使疊加的鋼材在“三級鏈”上散開，確認鋼材是否有短尺，同時確認鋼材的支數；“三級鏈”把鋼材移到“分

離臂”處，“分離臂”接近開關感應使“分離臂”上升，同時“分離輪”轉動，把鋼材移到“上收集臂”上，由對射光電判斷“上收集臂”有鋼；到一把的鋼支數后，“下收集臂”上升，“上收集臂”下降，把鋼移到“下收集臂”上，由對射光電判斷“下收集臂”有鋼，“下收集臂”下降，把鋼放到“收集輥道”上，中心區(qū)結束。
2.3出口區(qū)域
主要工藝說明：鋼從中心區(qū)移到在“收集輥道”上，“收集輥道”開動，由“撞齊檔板”把鋼撞齊，此時有對射光電判斷鋼在“收集輥道”上，依據工藝要求，“收集輥道”設計有9米和12米檔板和立式夾送輥；鋼在“收集輥道”上經過撞齊，移送到“打捆輥道”，此時有四個“液壓成型器”，夾緊將鋼打捆；由對射光電判斷打捆結束，“打捆檔板”下降，把鋼移送到“稱重輥道”上，延時稱重；由對射光電判斷稱重結束，降下“稱重檔板”，把鋼移到卸“載輥道一段”和“卸載輥道二段”，有“撞齊檔板”撞齊，同時對射光電判斷“卸載輥道”有鋼；“卸載鏈”上升，上升到高位，向前移動鋼捆，移動到“存儲鏈”，“存儲鏈”可以存儲3-4捆鋼，出口區(qū)結束，參見圖2：工藝流程圖。
3 控制系統(tǒng)設計
為實現包裝臺架的自動控制，新的包裝工藝控制使用了一臺西門子S7-300作為邏輯控制，使用Intouch軟件通過工業(yè)以太網通訊實現報警、監(jiān)控和控制，其中還應用了液壓傳動和變頻技術控制輥道鼠籠電機，無觸點開關柜控制鏈條和部分輥道。（附圖3：控制框圖）
3.1邏輯控制部分
在邏輯控制部分，入口區(qū)、中心去、和出口區(qū)，分別實現手動和自動轉換，可以任意選擇三個區(qū)域的手動和自動切換。現場使用的檢測元件選用了接近開關和對射光電兩種器件，來判斷自動步驟的連續(xù)性，使自動狀態(tài)的包裝工藝流暢。在關鍵的鋼材計數器設計上，由PLC中實現計數支數的邏輯控制時，在操作臺畫面上設計有“計數到”，來實現模擬自動狀態(tài)和對故障狀態(tài)時的手動干預；在短尺剔除工藝部分，剔除電磁鐵可以在橫梁上前后移動，依據鋼材不同長度設定對應的定尺，同時設定限位開關，實現自動短尺剔除功能。
3.2畫面控制部分
畫面實現了包裝工藝的全流程自動/手動設備的運行狀態(tài)監(jiān)控顯示，可以在不工作空車狀態(tài)下模擬整個工藝流程，以便于操作人員熟悉工藝流程和交接班時間檢測設備運行狀態(tài)；同時實現畫面操作和操作臺操作兩地控制現場設備，并編制有設備故障維護說明，以利于設備維護排除故障的快速和準確；其中液壓控制部分，實現設備監(jiān)控和液壓設備溫度、壓力、液壓塞堵塞、電機投入連鎖等顯示和報警提示功能。并在畫面實現：歷史曲線，交接班記錄，規(guī)格記錄，包裝支數記錄，程序設定，屏幕顯示，打印記錄，故障檢測，故障報警及自動處理等功能。
3.3液壓控制部分
液壓控制移鋼臺架，上下收集臂，二級鏈升降，三級鏈，打捆成型器，五個升降檔板，卸載鏈升降等。其中三級鏈控制，使用液壓快速馬
　

達，實現三級鏈的快速移鋼，同時應用了液壓比例閥參與調節(jié)。液壓傳動相對于電氣傳動，節(jié)能降耗，使包裝臺架的工藝控制更加科學合理并降低成本。
3.4自動稱重系統(tǒng)
采用PC機自動稱重系統(tǒng)，降低檢測誤差，提高稱重精度，自動檢測鋼捆的重量，結合支數，實現了企業(yè)內部ERP系統(tǒng)的聯(lián)網，可以實現自動打印報表，統(tǒng)計噸數和成材率，實現全軋線工藝流程跟蹤檢測的最終數據結果匯總。
3.5變頻器和無觸點開關柜
在輥道控制上，使用變頻器，減少常規(guī)的電器元件的機械損耗，同時減少故障點，集中控制輥道，使自動控制工藝實現免維護狀態(tài)。無觸點開關柜，依據雙向可控硅特性，具有全數字直流控制面板，可實現能耗制動，同時可設定正反轉延時時間，過載電流，堵轉時間等，提高了設備的穩(wěn)定性。開關柜采用的箱式結構，有利于更換設備，變線上維護為線下檢修，變被動維護為定期點檢，使設備維護故障率明顯下降。
4 結束語
綜合上述，新的成品包裝臺架結合PLC、畫面、液壓、無觸點控制、變頻等技術實現全自動控制，提高了包裝臺架的工作效率，在以往的軋鋼工藝中，由于工藝軋鋼節(jié)奏的緩慢，包裝部分一直是人們忽略的問題，現在快節(jié)奏的生產需要，雙線切分軋制和提速軋制的實現，要求在軋制線上分秒必爭，因此全自動包裝臺架，在現有成熟的技術支持下，實現了準確流暢的自動控制，在實際的生產和應用中，有著非常重要的經濟價值。