中小型棒材精整收集区域电气控制设备的选型设计与安装调试

周辉

摘要：文章叙述了中小型棒材精整收集区域电气控制设备的选型设计与安装调试，对中小型棒材产品规格、生产线区域、精整收集区域生产工艺流程进行了说明，并对精整收集区域中的落钢机、打捆机的选型设计与安装调试及打捆机自动打捆和成品自动称重的程序设计进行了介绍。

关键词：中小型棒材；精整收集区域；电气控制设备；选型设计；安装调试 文献标识码：A

中图分类号：TG333 文章编号：1009-2374（2016）16-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.008

1 概述

中小型棒材产品规格包括截面直径为Ф50mm以下的螺纹钢和圆柱形钢，其广泛应用于冶金、建筑、机械制造、化工等行业，需求量非常大。

中小型棒材生产线一般分为加热区域、轧制区域、冷却定尺区域和精整收集区域。其将钢坯由加热炉进行加热，输送至轧钢机进行轧制，之后进行冷床冷却和定尺切割。中小型棒材生产线定尺切割一般为剪切或锯切，定尺切割完毕后进入精整收集区域。精整收集区域生产工艺流程为：将切割好定尺材由辊道输送至精整收集链，在精整收集链数支计数分组并剔除残次钢支，之后钢材落入落钢机，由落钢机辊道输送至打捆机进行打捆。打捆后的每一捆钢材即为成品钢材，经成品收集链输送并进行称重，最后吊运。

中小型棒材精整收集区域的机械设备包括精整收集链、落钢机、打捆机、成品手机链以及生产流程中相应的输送辊道。下面将对精整收集区域中的落钢机、打捆机的选型设计与安装调试及打捆机自动打捆和成品自动称重的程序设计进行介绍。

2 落钢机电气控制的选型设计与安装调试

落钢机是将每一组计好数的钢材捆托举落下，以便于下一步进行打捆。在实际应用中，落钢机可设计成多种机械结构，下面对其中一种结构进行介绍。该落钢机机械结构为一根旋转主轴带动柳叶形状翻转臂来完成落钢流程。钢材由传输链送至翻转臂接钢面（凹面）上，翻转臂翻转180°，钢材落至落钢机下部辊道上，并且柳叶形状翻转臂另一半接钢面回到初始位置，这样落钢机完成一个工作流程。

确定机械结构后，对电气设备进行设计和选型。落钢机驱动采用电机驱动，电机选用一台15kW变频电动机驱动，安装至主轴一端。选用一台ANSROBICON GT3000 29kVA变频器对电机进行驱动。安装停止位和减速位工位检测元件。

下面对落钢机变频器及PLC控制进行设计。根据电机和变频器选型编制落钢机变频器传动参数，可选用V/f控制方式。根据落钢机实际运行情况调整电机运行速度，并与检测原件增加连锁。

考虑在带载时，落钢机在动作过程中可能出现以下问题：

第一，落钢机带载运行时机械冲击力大，做不到轻拿轻放，容易引起钢材划伤和摔伤。

第二，落钢机运行到位停止时出现定位不准确和溜车现象，容易引起生产和机械设备事故。

第三，落钢机翻转臂运行速度为固定速度，不利于现场进行调节。

因此，可针对以上问题采取措施：

第一，针对落钢机翻转臂带载运行时机械冲击力大，做不到轻拿轻放。在传动参数中可加入上升和下降积分时间功能：

使用P22.22参数，设定为P22.22=0.5sec，从0上升/下降时间（连续速度）到给定时间的上升和下降积分参数，设定积分为S形，即在速度进行加减速时有一个弧形的积分曲线。

设置P2214=*10（上升积分时间放大10倍），P2215=*10（下降积分时间放大10倍）可设定出S形曲线的弧度。

第二，针对落钢机翻转臂停止时出现定位不准确和溜车现象，加入减速位，落钢机旋转90°时减速运行，旋转180°时停止。加入减速位在运行过程中降速，同样可以是运行平滑，避免钢材产品出现摔伤和划伤。

第三，针对翻转臂运行速度固情况，在画面中加入落钢机速度修改框，针对不同生产情况可在画面上修改落钢机翻转臂的运行速度和减速速度。

此种落钢机电气控制设计的好处在于使用旋转一个动作环节，只使用两个检测点，动作流程简单，设备故障率降低。翻转臂旋转运行在传动参数中加入上升和下降积分时间功能，在启停过程中加入减速位，使运行曲线平滑，减轻翻转臂带载运行时的机械冲击力，消除了翻转臂停止时定位不准确和溜车现象，使得钢材降落时得到缓冲，避免了钢材摔伤现象。同时在画面中可针对不同生产情况修改落钢机翻转臂的运行速度和减速速度。

3 打捆机电气控制的选型设计与安装调试

针对单、双道不同的打捆形式，打捆机选用瑞典SUND/BIRSTA公司KNCA-7/800和KNCA-7/800D打捆机。KNCA-7/800D型号打捆机双道打捆功能，能够更大程度地消除成品松散、散捆等质量问题，尤其可以满足多次吊装和远洋运输，保证了出口材的质量。控制系统采用西门子S7-300带一套S7-200S远程站。下一步进行打捆机安装调试。

第一，选定控制配电柜安装位置，对配电柜进行安装。

第二，根据两台打捆机的容量，选用进线电源线路为3×16mm2+1×10mm2橡套电缆。

第三，接入380V三相电源和地线，测量380V进线电压和24V电源电压。

第四，测试液压主泵、循环泵以及配电柜内各元器件是否正常。

第五，对油箱加油，编制程序为油箱加热器35℃时开始加热，40℃时停止。冷却器52℃开始冷却，47℃停止。

第六，编制主泵和循环泵启停程序，启动主泵和循环泵，主泵风扇顺时针转动为正转，循环泵冷却风扇吹向打捆机本体为正转。

第七，调节各部件动作油压，系统油压设定为10MPa；压线轮压力设定为5～7MPa；扭结装置压力设定为4.5MPa；安全压力为13MPa。

第八，对打捆机单步运行进行编程调试。

完成打捆机打捆单步编程调试后，对打捆机进行打捆自动编程和调试，打捆机的工艺流程为：

第一，打捆机在初始位。

第二，喂线，S2接近开关检测到线时停止喂线。

第三，打捆头下降，S3接近开关无信号时表明钢捆处于打捆位置。

第四，当S4接近开关无信号时表明整个线道已有线，此时夹具1将钢头夹住。

第五，收线，当线收紧后，位于喂线轮上的编码器码数变化为零，此时认为收线结束。

第六，夹具2夹住打捆线尾部。

第七，扭结，编码器S16计算扭结的圈数，线头会在固定剪刃上扭断。

第八，打捆线夹具在扭结半圈时打开。

第九，打捆头上升。

第十，扭结头复位，完成一次打捆流程。

根据打捆流程对打捆机进行打捆自动的编程和调试，完成打捆机的本地和远程操作，可实现打捆机单步和自动打捆。调试过程中，针对打捆后成品松散、容易散捆等问题，打捆扭结码盘圈数要设置为4圈，打捆不易散捆并且打捆线不容易绷断。收线长度码盘设置为合适码数，可以使收线松紧适度，以满足不同规格生产要求。

4 打捆机自动打捆程序设计

编程思路：将自动打捆模式分为4种，即选择1#打捆机（KNCA-7/800）单独自动打捆、选择2#打捆机（KNCA-7/800D）自动打捆、选择1#打捆机+2#打捆机设定单道次自动打捆及选择1#打捆机+2#打捆机设定首尾双道次自动打捆。

设定检测打捆件检测元件在1#打捆机处，设打捆件长度为L，打捆道次为N，L1为两台打捆机之间的距离，辊道运行线速度为v，辊道每走t秒后进行一次打捆。

选择1#打捆机自动打捆时，每运行vt距离进行一次打捆，则。

选择2#打捆机自动打捆时，第一次运行（vt+L1）距离进行打捆，以后每运行vt距离进行一次打捆，第一次进行打捆时需再延时t1，则，。第一次打捆需多延时，以后每间隔时间进行一次打捆。

选择1#打捆机+2#打捆机设定单道次自动打捆，当为偶数道次时，每运行（vt+L1）进行一次打捆，到最后一次打捆时，应留尾部长度为vt，得出，则；当为奇数道次时，每运行（vt+L1）进行一次打捆，打最后一道次时运行vt后，由2#打捆机单独完成，留尾部长度为vt，得出，则。

选择1#打捆机+2#打捆机设定首尾双道次自动打捆，当为奇数道次时，和选择1#打捆机+2#打捆机设定单道次自动打捆方式相同，只在程序中设定第一次打捆和最后一次打捆打双道即可；当为偶数数道次时，前次打捆与选择1#打捆机+2#打捆机设定单道次自动打捆相同，只第一次打捆设定为双道打捆，后两次打捆均由2#打捆机完成，最后两次打捆第一次需运行（vt+L1）距离进行打捆，最后一次打捆运行vt距离，并留尾部长度为vt，得出，则。

通过以上数学计算进行编程，可在操作面板上设定打捆件长度、打捆道次和自动打捆模式参数，理论上可实现自动打捆。

在调试中自动打捆时与理论计算会产生一定偏差情况，由于辊道与打捆件之间的摩擦力、辊道起停时间及钢温等一些外部因素的影响引起，因此在自动打捆程序中可增加一个修正系数参数，岗位人员可以根据不同打捆件情况，在操作面板上调节修正系数参数来消除外部因素对自动打捆长度的影响。在操作面板上设定自动打捆模式、打捆件长度、打捆道次和修正系数4个参数即可实现不同品种定尺材的自动打捆。

5 成品自动称重程序设计

在成品收集输入辊道最前方加入冷金属检测器1，在称重称体处加入冷金属检测器2。在成品收集升降链加入高、低位接近开关。

编程思路：打捆好的成品在成品收集输入辊道进行至最前方时，冷金属检测器1检测到信号，成品收集升降链上升至高位，链条运行。将打捆好的成品运送至称体上方时，冷金属检测器2检测到成品钢材，链条自动下降至低位后，远程PLC通过网络向称重系统发出控制字，命令称体开始称重；称重完毕后，称体回馈远程PLC状态字，称重完成，可实现称重系统自动称重。

6 结语

以上对中小型棒材生产线精整收集区域中的落钢机、打捆机的选型设计与安装调试及打捆机自动打捆和成品自动称重的程序设计进行了介绍，其中提到的一些设计理念是在实际运行中出现的工艺和设备故障中总结出的经验，可为一些相类似的电气控制设备的选型设计与安装调试提供技术借鉴。