成品包装台架在棒材生产线上的应用

1 引言
随着棒材轧制线自动控制的不断提高，轧制速度越来越快，工艺要求也越来越高，实现轧制工艺的双线切分轧制后，成品包装成为棒材生产线的一个瓶颈问题。传统的包装台架，效率低下，自动控制程度低，几乎全是人工操作，已经不能适应快节奏的生产需要，因此提高成品包装的速度和改善成品包装的质量，成为整个轧制生产线亟待解决的问题。在实际的生产过程中，常常出现前面的轧线一切正常，却由于包装台架包装节奏慢，造成堆钢和堵钢，最终制约前面所有的工序。
项目依据工艺的需要，结合生产的实际，采用成熟的自动控制技术，实现全自动控制。新的包装系统采用液压传动和机械传动相结合，辊道、链子等控制采用无触点开关柜和变频控制，现场采用接近开关和对射光电等检测元件，实现PLC逻辑控制，在操作台上实现画面监控、交接班记录、历史曲线、包装支数和适时报警等控制功能，同时实现自动称重功能。通过实践应用，采用自动控制技术的新包装台架，实现了自动计数，自动移钢，短尺剔除，钢捆称重，自动夹紧等控制工艺，从而结束了人力包装的时代，适应了快节奏的轧线生产要求。实践应用以来取得了明显的经济效益。
2 工艺流程
在棒材生产线，成品棒材经过冷床区域冷却，再经过冷剪定尺剪切，进入包装台架输入辊道控制区，从而进入包装台架区域。整个包装台架依据工艺划分为三个部分：入口区、中心区和出口区。下面对三个区域的工艺流程加以说明：
2.1入口区域
主要工艺说明：当钢进入包装台架，从辊道上由“移钢台架”移到一级和二级移钢链上，如果有短尺钢，当钢移到“短尺剔除辊道”上时，“剔除电磁铁”得电吸起标尺钢材，“剔除辊道”开动将短尺钢移到短尺辊道区域，再经“剔除翻钢”将其移走。入口区域结束。其中“移钢台架”的动作原理（如图1：移钢台架动作周期），从原位上升，前进，到前位，再下降到低位，后退到原位；“一级链”上可以设定把数（一般设计1-4把）；在“二级链”的链轮上设定计数拨轮，用于准确计数，并且“二级链”具有高位和低位限位。
注释：在工艺控制部分，涉及到控制元件的术语加双引号突出，以利于理解和叙述。下同。
2.2中心区域
主要工艺说明：钢从入口区的“二级链”移到“三级链”，其中“三级链”由“液压马达”实现加速控制，使叠加的钢材在“三级链”上散开，确认钢材是否有短尺，同时确认钢材的支数；“三级链”把钢材移到“分

离臂”处，“分离臂”接近开关感应使“分离臂”上升，同时“分离轮”转动，把钢材移到“上收集臂”上，由对射光电判断“上收集臂”有钢；到一把的钢支数后，“下收集臂”上升，“上收集臂”下降，把钢移到“下收集臂”上，由对射光电判断“下收集臂”有钢，“下收集臂”下降，把钢放到“收集辊道”上，中心区结束。
2.3出口区域
主要工艺说明：钢从中心区移到在“收集辊道”上，“收集辊道”开动，由“撞齐档板”把钢撞齐，此时有对射光电判断钢在“收集辊道”上，依据工艺要求，“收集辊道”设计有9米和12米档板和立式夹送辊；钢在“收集辊道”上经过撞齐，移送到“打捆辊道”，此时有四个“液压成型器”，夹紧将钢打捆；由对射光电判断打捆结束，“打捆档板”下降，把钢移送到“称重辊道”上，延时称重；由对射光电判断称重结束，降下“称重档板”，把钢移到卸“载辊道一段”和“卸载辊道二段”，有“撞齐档板”撞齐，同时对射光电判断“卸载辊道”有钢；“卸载链”上升，上升到高位，向前移动钢捆，移动到“存储链”，“存储链”可以存储3-4捆钢，出口区结束，参见图2：工艺流程图。
3 控制系统设计
为实现包装台架的自动控制，新的包装工艺控制使用了一台西门子S7-300作为逻辑控制，使用Intouch软件通过工业以太网通讯实现报警、监控和控制，其中还应用了液压传动和变频技术控制辊道鼠笼电机，无触点开关柜控制链条和部分辊道。（附图3：控制框图）
3.1逻辑控制部分
在逻辑控制部分，入口区、中心去、和出口区，分别实现手动和自动转换，可以任意选择三个区域的手动和自动切换。现场使用的检测元件选用了接近开关和对射光电两种器件，来判断自动步骤的连续性，使自动状态的包装工艺流畅。在关键的钢材计数器设计上，由PLC中实现计数支数的逻辑控制时，在操作台画面上设计有“计数到”，来实现模拟自动状态和对故障状态时的手动干预；在短尺剔除工艺部分，剔除电磁铁可以在横梁上前后移动，依据钢材不同长度设定对应的定尺，同时设定限位开关，实现自动短尺剔除功能。
3.2画面控制部分
画面实现了包装工艺的全流程自动/手动设备的运行状态监控显示，可以在不工作空车状态下模拟整个工艺流程，以便于操作人员熟悉工艺流程和交接班时间检测设备运行状态；同时实现画面操作和操作台操作两地控制现场设备，并编制有设备故障维护说明，以利于设备维护排除故障的快速和准确；其中液压控制部分，实现设备监控和液压设备温度、压力、液压塞堵塞、电机投入连锁等显示和报警提示功能。并在画面实现：历史曲线，交接班记录，规格记录，包装支数记录，程序设定，屏幕显示，打印记录，故障检测，故障报警及自动处理等功能。
3.3液压控制部分
液压控制移钢台架，上下收集臂，二级链升降，三级链，打捆成型器，五个升降档板，卸载链升降等。其中三级链控制，使用液压快速马
　

达，实现三级链的快速移钢，同时应用了液压比例阀参与调节。液压传动相对于电气传动，节能降耗，使包装台架的工艺控制更加科学合理并降低成本。
3.4自动称重系统
采用PC机自动称重系统，降低检测误差，提高称重精度，自动检测钢捆的重量，结合支数，实现了企业内部ERP系统的联网，可以实现自动打印报表，统计吨数和成材率，实现全轧线工艺流程跟踪检测的最终数据结果汇总。
3.5变频器和无触点开关柜
在辊道控制上，使用变频器，减少常规的电器元件的机械损耗，同时减少故障点，集中控制辊道，使自动控制工艺实现免维护状态。无触点开关柜，依据双向可控硅特性，具有全数字直流控制面板，可实现能耗制动，同时可设定正反转延时时间，过载电流，堵转时间等，提高了设备的稳定性。开关柜采用的箱式结构，有利于更换设备，变线上维护为线下检修，变被动维护为定期点检，使设备维护故障率明显下降。
4 结束语
综合上述，新的成品包装台架结合PLC、画面、液压、无触点控制、变频等技术实现全自动控制，提高了包装台架的工作效率，在以往的轧钢工艺中，由于工艺轧钢节奏的缓慢，包装部分一直是人们忽略的问题，现在快节奏的生产需要，双线切分轧制和提速轧制的实现，要求在轧制线上分秒必争，因此全自动包装台架，在现有成熟的技术支持下，实现了准确流畅的自动控制，在实际的生产和应用中，有着非常重要的经济价值。