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    1、引言

    在我國鋼材市場上，中（厚）板材利潤空間相對較大，因此各大鋼鐵廠的中（厚）板生產(chǎn)線都有“印鈔機”的美譽。但隨著市場競爭日益激烈及用戶對于中（厚）板材的質(zhì)量要求逐漸增高，國內(nèi)各大鋼鐵廠對于中（厚）板生產(chǎn)線的改造投入也隨之增加。目前，絕大多數(shù)廠家所使用的板坯出爐方式為：板坯在三段連續(xù)推鋼式加熱爐加熱好以后，由位于爐后的推鋼機將熱板坯從爐前推出，熱板坯靠其自重沿著加熱爐出口與傳送輥道之間的斜面滑至輥道之上從而完成出鋼過程。這樣的出鋼過程不僅劃傷了板坯的下表面，影響了板坯的表面質(zhì)量，而且給傳送輥道和緩沖器造成了很大的沖擊和噪聲，嚴(yán)重影響了設(shè)備使用壽命。多年來如何平穩(wěn)出鋼已經(jīng)成為國內(nèi)中（厚）板生產(chǎn)線上的一個難題。

    2、高位出鋼機介紹

    針對目前出鋼機存在的問題，時光科技與業(yè)內(nèi)某系統(tǒng)集成商共同研制了高位出鋼機。高位出鋼機主要應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)的中（厚）板加工領(lǐng)域，解決了中（厚）板材在生產(chǎn)過程中的下表面滑傷問題，提高了中（厚）板材最終產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量。由于本套出鋼機在國內(nèi)尚屬首次應(yīng)用，因此在國內(nèi)尚無競爭對手，并且整套設(shè)備的附加值高，利潤大。整套設(shè)備技術(shù)先進(jìn)：閉環(huán)液壓提升裝置、伺服控制實現(xiàn)各工位準(zhǔn)確定位功能均屬于國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)。整套設(shè)備應(yīng)用面十分廣泛，對于國內(nèi)所有中（厚）板生產(chǎn)線均可適用。

    （1）機械結(jié)構(gòu)

    高位出鋼機由主梁、大車、小車、門形架和用于取坯的L形鉤等構(gòu)成（見圖1）。L形鉤具有三個自由度：用于完成選擇通道的橫向運動由大車執(zhí)行，驅(qū)動形式采用電機－減速機－傳動軸－齒輪－齒條結(jié)構(gòu)形式；用于完成取坯的縱向運動由小車完成，驅(qū)動形式與大車相同；垂直運動由位于小車前立柱U形槽內(nèi)的門形架完成，采用液壓缸驅(qū)動形式。

圖1 高位出鋼機

    （2）工作過程

    爐后推鋼機將板坯推至爐門的出鋼位置，該位置由激光測量完成，然后打開爐門，小車驅(qū)動出鋼機前進(jìn)至L形鉤位于爐內(nèi)板坯正下方位置后停止運行，L形鉤上升托起板坯離開爐內(nèi)滑軌，小車驅(qū)動出鋼機后退至爐前傳送輥道上方，爐門關(guān)閉，L形鉤穩(wěn)速下降，將板坯平穩(wěn)的放置于傳送輥道上，輥道轉(zhuǎn)動將板坯運走，L形鉤再次上升至原位，至此出鋼機完成一個出鋼循環(huán)動作。大車則根據(jù)需要進(jìn)行橫移，使L形鉤對準(zhǔn)加熱爐左道、中道或右道出鋼位置。以便于下次出鋼循環(huán)動作的實現(xiàn)和完成。

    （3）電氣控制系統(tǒng)

    高位出鋼機電氣控制系統(tǒng)由西門子可編程控制器，時光IMS伺服控制器等構(gòu)成。系統(tǒng)構(gòu)成方案如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成方案

    a、可實現(xiàn)電機平穩(wěn)運行于0.01Hz～250Hz工作范圍

    b、電機運行速率低于60Hz時可實現(xiàn)3倍電機額定轉(zhuǎn)矩輸出，包括電機0Hz鎖定時的3倍電機額定轉(zhuǎn)矩輸出（有效解決了變頻啟動轉(zhuǎn)矩補償以及電機在啟動和停止時的抱閘投入）。

    c、利用時光IMS伺服控制器的內(nèi)置PLC功能（16入/13出），使用I/O方式告知上位PLC受控電機是否已完成準(zhǔn)確定位動作，上位PLC通過相應(yīng)接近開關(guān)信號檢驗實際機械定位結(jié)果是否符合要求。由IMS伺服控制器實現(xiàn)受控電機的準(zhǔn)確定位并且一次定位即滿足系統(tǒng)要求，有效低避免了重復(fù)定位，反復(fù)動作等環(huán)節(jié)。不僅提高了系統(tǒng)的工作效率、增強了系統(tǒng)的抗干擾性能，而且極大地簡化了上位機的運算工作。

    d、使用QMCL語言編譯的程序，不僅可由電氣實現(xiàn)各類間隙補償，而且可由用戶參數(shù)任意設(shè)定間隙量的大小。有效避免設(shè)備長期投入使用后由于機械間隙發(fā)生變化造成的定位誤差。

    e、系統(tǒng)參數(shù)任意設(shè)定電機運行時的S曲線和轉(zhuǎn)矩限幅值。

    f、具有2路可編程D/A輸出，可實現(xiàn)任意監(jiān)控項的模擬量輸出。

    g、使用時光IMS伺服控制器控制大車、小車電動機后，上位機西門子PLC僅通過電氣接點輸入/輸出即可完全實現(xiàn)對大車與小車的定位控制與檢測工作（即系統(tǒng)采用半閉環(huán)控制方式），減少了相關(guān)接線，有效地避免了為整個系統(tǒng)引入更多的易受干擾環(huán)節(jié)，增強了整個系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

    h、由于小車前端環(huán)境溫度較高，不便于安裝接近開關(guān)等電器元件，但是系統(tǒng)要求在小車前進(jìn)到某位置后開啟水冷設(shè)備，并且在到達(dá)目標(biāo)位置后給出目標(biāo)位置到達(dá)信號。因此需要控制器在小車動作過程中對于其所處的位置有所了解并且能夠給出相應(yīng)輸入/輸出信號。IMS伺服控制器自身附帶有集成的PLC功能（16點輸入/13點輸出），配合編碼器反饋脈沖數(shù)據(jù)，通過執(zhí)行QMCL語言軟件編譯的程序即可實現(xiàn)以上功能。

    i、IMS伺服控制器特有的0Hz鎖定功能可實現(xiàn)電機的“電氣抱閘”動作。既有效保證了定位控制結(jié)束后的最終定位精度，又可以省去機械抱閘對于電機抱閘片的磨損以及在機械抱閘過程中產(chǎn)生的位置偏移。為保證系統(tǒng)在失電的情況下不會帶來安全隱患，因此系統(tǒng)并沒有拆除相關(guān)電機的機械抱閘，只是電機機械抱閘的功能局限為掉電保護(hù)。

    j、由于采用了靈活的QMCL軟件編程，因此在調(diào)試過程中每當(dāng)最終客戶要求發(fā)生變化或增減要求時，IMS伺服控制器可隨時根據(jù)客戶的最新要求作出相應(yīng)變化以滿足其需要。

    3、運行效果

    （1）大車運行情況

    橫移速率：1.574～314.8mm/s

    中道至左道實際工作行程：2300 mm

    中道至右道實際工作行程：2300mm

    定位精度：0.002373mm

    （2）小車運行情況

    進(jìn)退速率：1.574～314.8mm/s

    實際工作行程：2998.74mm

    定位精度：0.002373mm