吴镝
飞马智科信息技术股份有限公司，安徽马鞍山243000
[摘要]：马钢冷轧总厂一号镀锌线由于原GE系列PLC模块版本老旧，备件无法购买，性能无法满足现在的生产效率。于2020年进行自动化功能改造，更换电气控制设备，新系统采用西门子400系列PLC进行控制，传动部分使用西门子S120和G120系列变频器进行速度控制。本文主要针对入口线下设备运卷车和上卷车的功能进行设计和研究。
[关键字]：PLC；运卷车；上卷车；速度控制
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1.前言
1#镀锌线入口钢卷车具有提升和行走功能，钢卷车提升通过液压进行升降，行走通过变频器控制电机驱动拖链进行位移。镀锌线入口一共有4台钢卷车设备，1#、2#运输车和1#、2#上卷车。1#运输车的主要功能是将由行车吊运到1-4#鞍座上的钢卷运送到5#鞍座，2#运卷车的主要功能是将5#鞍座上的钢卷运送到1#和2#十字鞍座。1#、2#上卷车的功能是将十字鞍座上的钢卷运送到对应开卷机芯轴的中心线。
2.方法分析
入口运卷车主要的程序设计分4个部分：运卷的定位控制，运卷的逻辑顺序，小车之间的干涉预防，小车的标定。
运卷的定位控制通过编写定位功能块然后根据小车位置编码器的反馈值进行控制。以生产线方向为正方向，当小车距离目标位一定正距离时，PLC发出定位请求，定位功能块会给与一个启动命令和一个正方向的速度，速度值通过一个正斜率的斜坡进行平滑的给定。当小车接近目标位时，功能块给与一个负斜率的斜坡速度，降速直至零停在目标位。
在不同鞍座上的接卷和送卷需要遵循一定的逻辑顺序，这样是为了避免小车接到钢卷以后碰撞到其他鞍座上的钢卷。1#小车运卷的时候，要按照优先从4#鞍座，然后到3#、2#、1#鞍座的接卷顺序进行接卷，在5#鞍座没有钢卷时再送到5#鞍座上。2#小车运卷的时候应该在5#鞍座有卷的时候去接到5#鞍座上的钢卷，送卷的时候优先送到二#十字鞍座，在1#十字鞍座有卷的时候，是不允许运送到2#十字鞍座的。
由于4个小车在来回运送钢卷的时候会有重叠的行程区域，为了避免小车运卷途中产生碰撞，通过4个拨叉开关进行小车之间的干涉保护。当1#运卷车进入2#运卷车的运卷区域时，1#运卷车在2#运卷车区域信号为1，这时将不允许2#车进行运卷过程。其他钢卷车的干涉保护同1#运卷车。
由于钢卷车的行走通过拖链进行位移，存在机械死区，即电机转动时，通过接手连接的链条并未进行拖动。当行程越来越大时，累计误差会导致定位不准，所以需要在每个行程结束的时候进行位置编码器的标定。编码器分为绝对值编码器和增量式编码器，这里采用的是绝对值编码器，它的标定原理就是到达某一标定位置后直接将该位置对应的编码器脉冲数写进编码器。可以通过总行程的编码器对应的脉冲数除以总行程的距离，计算出单位行程的脉冲数，这样就可以进行位置距离和脉冲数的线性转换。
入口上卷车主要的功能设计有钢卷直径的测量和高度对中，钢卷直径的测量是为了与二级发来的数据进行核实，如果差别太大会进行报错，高度对中功能是为了实现将钢卷插入开卷机芯轴中心线，实现上卷。
通过以下的公式可以进行钢卷直径的测量和实现高度对中功能：
( T/2 + h) ·cosθ = T/2
∴ h = T (1 - cosθ)/(2cosθ) (1)
K1 = X + T + h
K1 - X = T + T (1 - cosθ)/(2cosθ) = T[ (1 + cosθ)/(2cosθ) ]
∴ T = 2cosθ·( K1 - X)/(1 + cosθ) (2)
K2 = L + T/2 + h
∴ L = K2 – T/2 - T (1 + cosθ)/(2cosθ) = K2 – T/2 ·[1 + (1 - cosθ)/cosθ] = K2 – T/(2cosθ) (3)
上述计算中 : K1 — 光电开关距离自定义的下极限的高度值 ,m。
K2 — 开卷机芯轴中心线和自定义的下极限之间的距离 ,m。
θ— 鞍座的夹角θ, = 12°。
X —小车的提升高度 , m。
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钢卷直径测量和高度对中通过以下的过程实现：上卷车到鞍座接卷，然后送至钢卷对中为,并下降到下极限,X=0；运卷车开始提升,触发光电开关,通过位置编码器读取出提升的位移值 X。通过公式(2),进行运算得出钢卷的直径T；通过公式(3),得出高度对中的距离L,上卷车从下极限提升计算出的L距离，就可以完成高度对中的功能。
4.总结
基于速度控制的钢卷车的功能设计和运用在马钢冷轧总厂1#镀锌线生产中进行了应用，投产一年多以来，入口段钢卷车运行稳定，行走和提升定位精准，运卷和上卷速度有很大的提升，节约生产时间，提高了工作效率。此系统改造功能的正确性和优越性得到了很好的诠释。
参考文献：
1 宋学义主编。袖珍液压气动手册。北京：机械工业出版社，1996：511～512