浅谈中厚板材冷床自动搬运控制以及实现

李鹏

摘 要：中厚板是国家现代化不可缺少的一项钢材品种，被广泛用于大直径输送管、压入容器、锅炉、桥梁、海洋平台、各类船舰、坦克装甲、车辆、建筑构件、机器结构等领域，其品种繁多，使用温度要求广泛（-20℃-600℃），使用环境要求复杂（耐候性、耐蚀性等），使用强度要求高（强韧性、焊接性能好等）。一般厚度在4mm以上的为中厚板（4-20mm的为中板，20-60mm为厚板，60mm以上的为特厚板）。中厚板一般有较高的综合机械性能。力学性能要求有：强度、塑性、硬度、冲击韧性、刚度等。工艺性能要求有：焊接性能、淬透性、加工性、耐候性、耐蚀性、耐磨性、耐疲劳性、高温特性、低温特性等。中厚板厂轧钢车间主要有加热炉，粗轧机，精轧机，热矫直机，冷床，切头剪，圆盘剪，定尺剪，收集区等设备。目前我国建成投产和在建的中厚板生产线上，配备了不同型式和不同面积的冷床。本文主要阐述冷床设备在自动搬运过程中的自动化控制理论以及实现。

关键词：中厚板材；冷床；自动搬运；西门子PLC

中图分类号：S233 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）12-0056-01

在中厚板生产中，冷床是冶金轧钢行业对轧制產品进行有效冷却的区域，其种类主要有拔齿式冷床、齿条步进式冷床、拨爪式冷床、运载链式冷床、滚盘式冷床等，其组成包括机械传动系统、水冷却系统、冷床工作台面、固定支架等，本文涉及到的冷床为滚盘式冷床。钢板出矫直机后，温度仍旧很高，通常在550℃以上。为了防止矫直后的热态钢材在冷却过程中发生变形，保持钢材平直和满足钢材剪切的要求，需要在冷床上将钢材尽可能冷却至规定的温度，一般要求经冷床冷却后钢材温度在150℃以下。冷床的作用除了冷却钢材外，还可均衡和缓冲轧制作业区与剪切等后部作业区在某一时间内的产能不平衡问题。

1 冷床自动控制理论以及操作

热矫直机将钢板矫直完毕后，钢板头部即将进入到冷床区域，操作工根据钢板不同的厚度或者生产要求，会选择其摆放到不同的冷床位置，板坯有了明确“目标”自动控制系统会将钢板自动摆放到冷床本体相应的位置，然后停止，等待下一块钢板到来时，自动程序再次运行。在自动操作模式下生产过程可以连续自动进行，所需过程数据由二级系统提供。由操作工通过HMI画面输入生产数据也可完成全自动运行。在自动模式下，手动操作优先。在手动操作模式下操作人员通过操作台上的操作开关或通过HMI上的操作画面进行操作，指定钢板定位目标，直接控制设备的运行或停止。在生产线的局部区域，当自动操作模式难于实现或出于安全考虑，可设置为该种操作模式，有些区域当采用手动操作模式时还可以提高作业率。

2 冷床自动控制实现

本文中主要针对两个冷床进行阐述，如图1，操作台HMI画面设有四个选项，分别为“1#冷床头对齐”；“1#冷床尾对齐”；“2#冷床头对齐”；“2#冷床尾对齐”，用于操作工对钢板在冷床摆放位置进行选择，只能选择其中一个选项。冷床输入辊道分布有四个定位光检，分别位于1#冷床和2#冷床输入辊道的入口与出口。冷床本体分布有四个光检，分别位于1#冷床和2#冷床本体入口的入口两端。

假设操作工选择2#冷床头对齐，热矫直机将钢板矫直完毕在进入冷床区域前，热矫直机PLC会发送冷床辊道转动的请求信号，钢板头部进入冷床运输辊道区域，1#冷床入口光检检测到有钢板后，触发自动搬运程序，开始内部计算跟踪长度，定义当前位置为钢板的0米位置。到辊道第二个光检后，因为跟踪计算是辊道的转速积分得来，可能会存在误差，到达第二个光检，头部跟踪信号会得到修正，把头部跟踪修正成物理实际位置，已得到最准确的数值。因为选择的是2#冷床头对齐，物理实际位置是90米，所以钢板仍会自动全速运行，钢板头部跟踪计算到85米的位置，辊道会减速到之前速度的1/4，直到2#冷床输入辊道出口光检检测到钢板头部信号后停止。此时产生自动定位完成信号，发送给横移链条，横移链条开始上升，将钢板从定位好的辊道上托起，链条上升到位后，链条带着钢板向前旋转，经过x秒（与现场实际需要定时间）后钢板边缘接近冷床本体滚盘，冷床本体滚盘开始与链条一起旋转，这时2#冷床本体两端的光检已经检测到钢板，产生“正在上钢”信号，当钢板经过几秒时间，钢板已经完全到达冷床本体，钢板离开光检时，光检信号消失，PLC判断上钢完成，滚盘与链条同时停止转动，横移链条下降到最低位，设备回到了原始位，等待下一块钢板到来。

本系统在自动化控制方面，主PLC采用西门子400系列，HMI操作画面由WinCC编写。主PLC控制柜安装在电气室，由工业空调以及除湿机保证不间断的运行。现场1#冷床和2#冷床设置两个远程IO站，用于连接现场传感器，与主PLC通过DP网络通讯。现场传感器采用标准电压直流24伏，由于钢板到达冷床区域温度已经降低到550℃以下，不能采用热金属检测仪，所以用于定位的传感器采用可见光红外反射式光检，一端发射接收信号，另外一端是反射镜，当钢板到来时，便可以挡住发射光束，使光检产生数字信号。横移链条的升降位检测由PNP型接近开关完成。在上钢和下钢位置设有两个操作台，分别设有带灯按钮的操作面板，能够让操作工对单体设备进行选择和操作，每个操作台设一台HMI操作画面，用于对钢板进行位置设定以及观察各传感器状态。

3 结语

本篇文章主要讲解了热轧板在上冷床过程中的自动化控制原理与实现，没有涉及到下冷床控制，原理与控制和上冷床类似，所以不再阐述。二级模型在文中并未体现，因为在一级PLC系统中完全可以进行一些简单的跟踪计算，比如钢板头部跟踪，长度信息，板坯号等，如果因为生产要求，加入板坯上游与下游区域信息的跟踪，需要要加入二级模型的计算。

中厚板厂冷床自动化控制系统的应用是基于西门子400系列PLC技术的成熟以及厂区内相关设备的完善所构建起来的，拥有较为完善的现场控制器和执行器，采用传感器比较少，执行机构简单可靠，如果没有二级模型冷床也可以根据操作工预先设定好的位置进行自动搬运，再者就是人力方面的可靠性，操作工可以在整个自动搬运自动上钢过程中进行干预，避免不必要的生产事故产生，各专业维护人员对设备定期维护，保证设备7x24小时良好的运行。

参考文献

[1]zhouying302.百度文库武钢中厚板生产工艺介绍，2011，（08）.

[2]孙本荣，王有铭，陈瑛.中厚钢板生产[M].北京冶金工业出版社，1993.

[3]张景进.中厚板生产[M].北京冶金工业出版社，2005.