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1概述

鋼材成品的包裝是鋼材出廠前的最后一道工序，棒材打捆包裝生產(chǎn)線主要包括輻道輸送系統(tǒng)和棒材打捆包裝機(jī)，近年來為了提高生產(chǎn)效率，許多鋼鐵廠在配備打捆包裝系統(tǒng)時(shí)，都選擇了數(shù)臺(tái)（X臺(tái)）棒材打捆機(jī)但是由于輻道控制器與打捆機(jī)控制器大多采用一對(duì)一的獨(dú)立控制，氣這就使得操作者不僅要同時(shí)控制幾臺(tái)打捆機(jī)，同時(shí)還要兼顧輯道輸送系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，在一定程度上降低了打捆包裝系統(tǒng)的效率和可靠性，而且也不利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖和優(yōu)化調(diào)度。基于此，在不影響生產(chǎn)的條件下，對(duì)于包裝生產(chǎn)線的全自動(dòng)化改造主要包括以F四個(gè)方面：

1） 通過在輻道輸送系統(tǒng)上安裝接近開關(guān)（輻道底部），實(shí)現(xiàn)了棒材的位置零點(diǎn)給定，為后續(xù)鋼材的自動(dòng)計(jì)長(zhǎng)提供了初始點(diǎn)觸發(fā)信號(hào)，

2） 通過加裝變頻器和増量式編碼器（輯道電機(jī)），實(shí)現(xiàn)了棒材的自動(dòng)計(jì)長(zhǎng)和自動(dòng)傳送功能，為后續(xù)打捆包裝機(jī)的自動(dòng)打捆提供了觸發(fā)信號(hào).

3） 以西門子S7-3OO系列可編程控制器（PLC）為核心，通過釆用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)團(tuán)，將輾道輸送系統(tǒng)與打捆包裝機(jī)全部集成在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)線的統(tǒng)一調(diào)度，

4） 采用WinCC開放式組態(tài)軟件編程，其良好的圖形界面可使操作者在計(jì)算機(jī)屏幕上直觀的看到各個(gè)子系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)所具有的歷史數(shù)據(jù)記錄和査詢功能，使得管理者可在任意時(shí)刻方便地査詢系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、故障狀況和產(chǎn)量變化等。

2全自動(dòng)棒材打捆包裝生產(chǎn)線的工藝要求

2.1設(shè)備規(guī)格及要求

1） 打捆機(jī)主要滿足國(guó)家GB2101所規(guī)定的鋼材打捆的捆重標(biāo)準(zhǔn)，即：一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)捆重《2噸,二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)捆重V4噸，

2） 輟道輸送系統(tǒng)電機(jī)：功率為3KW,共8個(gè)，

3） 捆扎包裝鋼材的規(guī)格：螺紋鋼和圓鋼（010mm~

4） 捆徑范圍：100mm~（I>400mm）

5） 捆絲擰結(jié)角度：630°,

6） 捆絲材料及規(guī)格：Q195-Q235（中5mm~B8mm）的熱軋盤條.

7） 單道打捆時(shí)間：8~12秒,

8） 具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種打捆方式，具有與生產(chǎn)線的連鎖通訊功能。

2.2工藝過程

當(dāng)棒材到達(dá)臺(tái)架后，輻道停止，由移鋼裝置將棒材移到臺(tái)架鏈條上，隨后鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)，將棒材下放到收集軸道上，當(dāng)棒材達(dá)到打捆數(shù)量時(shí)，由上層控制系統(tǒng)向棒材打捆包裝控制系統(tǒng)發(fā)出使能信號(hào)。

當(dāng)棒材打捆包裝控制系統(tǒng)收到使能信號(hào)后，啟動(dòng)輾道輸送系統(tǒng)，將棒材輸送到擋板附近，使棒材對(duì)齊，此時(shí)安裝在輻道底部的限位開關(guān)觸發(fā)，使編碼器自動(dòng)清零，而后輟道輸送系統(tǒng)將根據(jù)棒材長(zhǎng)度（啟動(dòng)前手動(dòng)輸入）和所選擇的在線打捆機(jī)將棒材自動(dòng)輸送到打捆位置，輸送距離由編碼器的計(jì)算結(jié)果決定，當(dāng)棒材到達(dá)預(yù)先設(shè)定的位置后，輾道電機(jī)停，啟動(dòng)預(yù)緊成型器將棒材夾緊，而后啟動(dòng)打捆機(jī)完成第一次自動(dòng)打捆的動(dòng)作。

打捆后，預(yù)緊成型器松開，機(jī)道輸送系統(tǒng)繼續(xù)啟動(dòng)，將棒材輸送到第二次打捆位置，而后再次啟動(dòng)預(yù)緊成型器和打捆機(jī)，完成第二次自動(dòng)打捆的動(dòng)作。當(dāng)打捆結(jié)束后，輟道輸送系統(tǒng)將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將棒材輸送到出成品位置，由磁吊將捆好的棒材運(yùn)走。

3全自動(dòng)棒材打捆包裝生產(chǎn)線的改造

3.1控制系統(tǒng)的硬件改造

對(duì)于棒材打捆包裝控制系統(tǒng)，主操作臺(tái)位于中控室內(nèi)，工控機(jī)和S7315-2DPCPU都安裝在主操作臺(tái)內(nèi)，用于控制和監(jiān)控車間內(nèi)輾道輸送和打捆機(jī)的運(yùn)行；副操作臺(tái)有2個(gè)，全部安裝在現(xiàn)場(chǎng)，用于輻道輸送和打捆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試和維修。圖1為控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成示意圖。

控制系統(tǒng)釆用上下位機(jī)的DCS控制方式，上位機(jī)選用研華工控機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)根道輸送和打捆機(jī)控制系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)的記錄、存貯、上傳和打印等功能，同時(shí)可提供通訊接口以方便連接到車間級(jí)Internet網(wǎng)絡(luò)。下位機(jī)采用西門子S7-300系列PLC,選用的CPU是S7315-2DP,它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。ET200M模塊作為遠(yuǎn)程I/O站安裝在現(xiàn)場(chǎng)，用于程道輸送和打捆機(jī)的過程控制和現(xiàn)場(chǎng)各傳感器的數(shù)據(jù)采集，它與CPU通過Profibus-DP總線進(jìn)行通訊。

對(duì)于維道輸送系統(tǒng)，其主要功能是鋼材的輸送和打捆前的預(yù)緊成型器控制，安裝在轅道底部的限位開關(guān)用于實(shí)現(xiàn)鋼材的位置零點(diǎn)給定，即初始點(diǎn)設(shè)置，安裝在程道電機(jī)上的增量編碼器用于實(shí)現(xiàn)鋼材的位置計(jì)長(zhǎng)，其清零信號(hào)由限位開關(guān)觸發(fā)，輾道電機(jī)的啟?？刂萍案叩退偾袚Q都由變頻器根據(jù)増量編碼器的反饋信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，輾道電機(jī)的運(yùn)行與預(yù)緊成型器之間采用硬件互鎖，以保證設(shè)備的安全。所有信號(hào)的采集和輸出都由安裝在輻道現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程I/O站ET200M來控制，遠(yuǎn)程I/O站ET200M通過接口模板與CPU進(jìn)行通訊，從而縮短了動(dòng)力與控制電纜的傳輸距離，節(jié)省了安裝成本，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

對(duì)于棒材打捆包裝機(jī)，由于其要完成開/合臂、抽/送絲、蓄絲、拉緊、合鉗、剪切、擰進(jìn)、擠平、擰退等十多個(gè)打捆流程因此在現(xiàn)場(chǎng)打捆機(jī)旁邊需配備遠(yuǎn)程I/O站ET200M,一方面用來完成十幾個(gè)電磁閥的邏輯控制，另一方面打捆包裝機(jī)自帶的液壓泵站也需要實(shí)時(shí)的監(jiān)控和控制,主要包括泵站電機(jī)的啟?？刂啤⒈谜旧龎?卸荷控制、油液壓力和溫度的故障報(bào)警、吸油濾及壓油濾報(bào)警、油箱液位報(bào)警等信號(hào)。

所有現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)ET200M遠(yuǎn)程I/O站都通過Profibus-DP總線與安裝在中控室主操作臺(tái)內(nèi)的S73I5-2DPCPU進(jìn)行通訊，而CPU將通過安裝在工控機(jī)上的CP5611通訊卡與上位機(jī)進(jìn)行通訊，完成設(shè)備的各種數(shù)據(jù)交換。

3.2控制系統(tǒng)的軟件改造控制系統(tǒng)的下位機(jī)PLC軟件采用STEP7-V5.4進(jìn)行編程，系統(tǒng)的運(yùn)行程序分為：初始化程序模塊、手動(dòng)調(diào)試程序模塊、自動(dòng)運(yùn)行程序模塊和故障報(bào)警模塊。

1）初始化程序模塊主要是在設(shè)備上電時(shí),將程序的所有中間變量和各個(gè)輸出點(diǎn)全部復(fù)位，并檢測(cè)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。

2）手動(dòng)調(diào)試模塊主要是用于現(xiàn)場(chǎng)維修和調(diào)試時(shí)，檢査各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，包括制道電機(jī)的啟?？刂坪透叩退偾袚Q是否正常.預(yù)緊成型器的動(dòng)作是否正常、打捆機(jī)的各個(gè)打捆動(dòng)作是否正常、液壓泵站電機(jī)的啟?？刂坪蛪毫φ{(diào)節(jié)是否正常等，

3. 自動(dòng)運(yùn)行模塊

這個(gè)模塊包括全部打捆所需任務(wù)的控制。從鋼材進(jìn)入細(xì)道開始，按照事先設(shè)定的邏輯順序完成鋼材打捆。系統(tǒng)自動(dòng)控制的程序流程圖如圖2所示。

4. 故障報(bào)警模塊

這個(gè)模塊主要是對(duì)棒材打捆包裝生產(chǎn)線上所有設(shè)備的報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)故障等級(jí)，發(fā)出相應(yīng)的處理信號(hào)。

圖2棒材打捆包裝生產(chǎn)線全自動(dòng)控制程序流程圖

控制系統(tǒng)的上位機(jī)軟件采用WinCC開放式組態(tài)軟件編程，它將作為主要的顯示和交互設(shè)備對(duì)車間內(nèi)所有打捆機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行智能調(diào)度和監(jiān)控管理，其良好的圖形界面可使操作者在計(jì)算機(jī)屏幕上直觀的看到各個(gè)子系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。在監(jiān)控畫面中實(shí)現(xiàn)的功能主要包括以下四個(gè)方面：

1. 參數(shù)設(shè)置功能

在WinCC組態(tài)環(huán)境的實(shí)時(shí)畫面中，具備一定權(quán)限的管理者可以對(duì)輾道輸送子系統(tǒng)、夾緊預(yù)成型控制子系統(tǒng)，打捆包裝機(jī)的各個(gè)動(dòng)作時(shí)間和監(jiān)控點(diǎn)報(bào)警進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置和修改，包括輟道電機(jī)的傳送速度、各個(gè)打捆動(dòng)作的執(zhí)行時(shí)間、液壓泵站的輸出壓力、系統(tǒng)各報(bào)警點(diǎn)的極限值等。

2. 狀態(tài)及故障顯示功能

對(duì)于全自動(dòng)棒材打捆包裝控制系統(tǒng)，系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)以及各個(gè)子系統(tǒng)的一些關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)都需要實(shí)時(shí)的顯示在觸摸屏上，同時(shí)界面還可實(shí)時(shí)提供各個(gè)設(shè)備的故障狀態(tài)以及相應(yīng)的處理方法，以方便操作者的觀察和人工干預(yù)。

3. 智能調(diào)度功能

由于鋼材的長(zhǎng)度不同，這就需要合理的調(diào)度不同位置上的打捆機(jī)，從而提高生產(chǎn)線的打捆效率，減少由于一臺(tái)打捆機(jī)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致的停產(chǎn)。同時(shí)，采用Profibus-DP總線后，整個(gè)打捆包裝控制系統(tǒng)可在車間級(jí)控制器的管理下，與包裝車間的其他設(shè)備形成網(wǎng)絡(luò)化的統(tǒng)一調(diào)度。

4. 數(shù)據(jù)庫管理功能

利用WinCC強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，上位機(jī)可完成對(duì)整個(gè)包裝控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和上傳等工作，從而方便各個(gè)管理者可在任意時(shí)刻?hào)嗽兿到y(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、故障狀況和產(chǎn)量變化等。4結(jié)束語

針對(duì)原有棒材打捆包裝生產(chǎn)線的升級(jí)改造，通過增加限位開關(guān)、變頻器和編碼器等元件，實(shí)現(xiàn)了棒材的自動(dòng)計(jì)長(zhǎng)等功能，同時(shí)將轅道輸送系統(tǒng)與打捆包裝機(jī)并入同一網(wǎng)絡(luò)，克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中一對(duì)一控制所帶來的安全聯(lián)鎖和生產(chǎn)效率較低等問題，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的智能調(diào)度和協(xié)調(diào)控制，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，對(duì)于棒材打捆包裝生產(chǎn)線的控制和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用具有一定的參考意義。