升降托卷板变速控制改造
唐建民
（陕西钢铁集团汉中钢铁企业 陕西 汉中 724200）
摘 要：成品线材在集卷筒收集时经常落到集卷筒外面，而导致线材卷鼓肚，散卷等问题，经分析主要原因是集卷筒内线材的堆积速度和托卷板的下降速度不匹配造成。为解决以上问题，对托卷板的速度控制进行变速控制改造。
关键词：集卷筒；堆积速度；托卷板；变速控制
1 前言
汉钢企业1#双高线收集区域成品收集是通过垂直集卷筒将风冷辊道来的成品线材在集卷筒内逐渐堆积，通过托卷板缓慢下降装到集卷筒下方的立式卷芯架上，再通过输送辊床将卷芯架运往翻转辊床处，经翻转辊床垂直90度的翻转，通过接卷小车从卷芯架上将成品线材抬起挂在C型钩上，P/F链将挂有成品的C型钩送往打包机处打包，称重，卸卷，入库。
2 改造前状况及原因分析
2.1改造前状况
托卷板的上升，下降速度通过HMI人工给定，并且为唯一恒定速度，操作人员每次在托卷板下降时都是观察托卷板上的钢的堆积高度，实施点动控制，因不同规格辊道来钢速度不一致，导致托卷板给定速度过快时，钢卷全部落到集卷筒外面，形成钢卷鼓肚，难以打包甚至判废；托卷板给定速度过慢时，钢卷在集卷筒内堆积过高，卡钢，正常生产时严重影响生产节奏。以上问题直接制约着产品包装质量和生产产量，同时增加了工序操作人员的劳动强度。
2.2原因分析
以上主要原因是托卷板的接钢下降速度不能和钢卷在集卷筒的堆积速度相匹配，托卷板在接完钢卷后的下降速度和托卷板在无钢上升的速度不能满足生产节奏，托卷板的控制方式不能实现自动控制。
3 改造方案
3.1速度控制改造
为了满足生产和工艺要求，托卷板的速度应实现变速运动，变速应为以下几个步骤：
（1）托卷板接钢时的下降速度。
（2）托卷板钢卷接收完后的下降速度。
（3）托卷板有钢卷时下降到低位的下降速度和停止速度。
（4）托卷板上升时的速度。
（5）托卷板上升到高位减速时速度和接卷时的停止速度。
3.2控制方式的改造
因原控制系统中托卷板自动包括：临时托卷臂的自动，举升辊床的举升和运行的自动，举升辊床抱爪的自动，托卷板关闭和打开的自动，托卷板的上升和下降自动。在生产过程中，出现卡刚等问题时，托卷板需来回上下运动，若在选择区域自动，不能实现故障的处理；若不选择区域自动，其它的控制操作步骤太多，易出操作事故。鉴于以上原因，需将托卷板上升和下降的自动和手动与原托卷板自动分离，实现在正常时区域全自动，在事故时托卷板手动控制，其它设备自动控制。
4 改造实施过程
本此改造是在降低所有费用和不在影响生产的条件下进行。原升降托卷板的传动是通过S7-300控制S120变频器进行调速，满足本次改造调速要求。操作台在不改动原有操作面板的情况下，在增加一个两位开关，用于托卷板局部手动和自动切换。所有的速度调速和控制方式全部在于自动化编程和HMI画面的修改，所以在不影响生产的情况下，单独编写与托卷板有关的程序功能块和编辑HMI画面，进行离线模拟调试。在调试好后利用轧线停机检修间隙，直接下载新的功能块和WINCC新编辑画面。
5 变速控制与控制方式的程序实施
5.1变速控制的程序实施
本次该造的重点和难点在于接钢时速度和托卷板位置的精确定位。
5.1.1托卷板的精确定位
该托卷板测速是通过VM58系列的绝对值编码器和西门子位置检测模块SM338配合使用。
（1）利用脉冲当量算法精确计算出托卷板的实际位置L。
（2）在数据块中给定不同产品规格时卷的高度H。
（3）在数据块中给定各变速时的位置Pos.
（4）在数据块中给定托卷板打开和关闭的位置h1,h2。
（5）在数据块中给定临时托卷臂打开和关闭的位置h3,h4。
5.1.2托卷板的变速速度给定
变频器的速度变化是通过DP 网接受PLC的发送的控制字进行调速运行。
（1）接钢时的托卷板下降给定速度Vset speed：接钢时的下降速度必须等于风冷辊道来的成品钢材在集卷筒的堆积速度Vcoil build up speed。Vcoil build up speed的计算是根据在集卷筒外侧安装4各接近开关用于检测钢在集卷筒内的高度，分别定义为高高位（I0.0），高位(I0.1)，中间位(I0.2),低位（I0.3），4个接近开关的距离分别定义为Dist1，Dist2，Dist3。从低位（I0.3）检测到有钢到中间位（I0.2）检测有钢的时间UpperPosTime1，从中间位（I0.2）检测到有钢到高位（I0.2）检测有钢的时间UpperPosTime2，从高位（I0.3）检测到有钢到高高位（I0.4）检测有钢的时间UpperPosTime3，各UpperPosTime加上PLC循环时间在两个位置点间的时间，得到准确的从各位置接近开关钢堆积所需时间UpperPosTime。Vcoil build up speed=（Dist÷UpperPosTime）。在HMI中选择不同的接钢模式，Dist，UpperPosTime将对应相对应的值可计算出Vcoil build up speed。
（2） 接钢完后的托卷板下降给定速度Vset speed：当集卷筒内的钢已全部收集完毕，此时托卷板的实际位置L≥卷的高度H时，Vset speed的值来自HMI给定的速度Vtravel peed，该给定速度根据生产节奏的快慢通过HMI进行调节。
（3） 接钢完后托卷板下降到距离立式卷芯架的距离L≥给定各变速时的位置(下降减速位置)Pos1，（下降停止位置）Pos2时，托卷板下降给定速度Vset speed等于数据块中已给定的速度。
（4）当托卷板把整卷钢卸载完后，上升时的速度Vset speed=Vtravel peed。
（5）当托卷板上升距离L≤给定各变速时的位置(上升减速位置)Pos1，（上升位置）Pos2时，托卷板上升给定速度Vset speed等于数据块中已给定的速度。
（6）当托卷板控制方式为单独的手动模式时，Vset speed=Vtravel peed*0.3
5.2控制方式的程序实施
5.2.1托卷板单独的控制
在保持原有操作台设备不改变的情况下，在操作台上将备用按钮改为托卷板自动/手动按钮，在程序中将该自动/手动按钮与原系统控制区域自动/手动按钮进行逻辑互联，将托卷板的上升/下降按钮在程序中做为一键启停控制方式。经改造后，区域自动和托卷板单独自动同时满足时，托卷板区域的设备全部实现自动控制；而当集卷筒卡钢或其他事故处理时，只需将托卷板单独自动转换为手动，其他区域设备仍然为自动控制，操作工只需按上升或下降一次按钮即可满足整体上升或下降到位，中途或随时停止时只需再按一次该按钮即可。
5.2.2 HMI画面的改造实施
在原有辅助画面中增加以下几个人机交换功能:
（1）不同产品规格时卷的高度H的选择画面
（2）Vtravel peed给定调整窗口画面
（3）不同的接钢模式的选择画面
6 改造后的效果
自从所有改造结束以后，明显杜绝了因托卷板下降速度而导致钢材落到集卷筒外面，整体钢卷外包质量得到明显好转，扼制了因包装质量带来成品钢材的判废，同时提升了生产节奏，极大的降低了员工劳动强度。
参考文献：
[1] 廖常初. S7-300/400PLC应用技术 ， 机械工业出版社.
[2] 西门子自动化企业《位置检测模板SM338手册》2005.4
[3] 崔坚 ，李佳. 西门子工业网络通讯指南 ， 机械工业出版社.
[4] 西门子自动化企业《SINAMICS S120/S150参数手册》2011.1
