摘 要：

某鋼鐵公司新近開發(fā)出高位出鋼機(jī)，克服了傳統(tǒng)板坯出爐時(shí)造成時(shí)板坯表面損傷，沖擊力過大導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短等缺點(diǎn);成功地解決了中（厚）板平穩(wěn)出鋼的難題，極具實(shí)用價(jià)值和試用價(jià)值。時(shí)光科技有限公司在此項(xiàng)工程中負(fù)責(zé)承擔(dān)項(xiàng)目的電控產(chǎn)品的提供，電控系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與集成，用戶系統(tǒng)培訓(xùn)、柜體成套以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與工程服務(wù)。

高位出鋼機(jī)產(chǎn)生的背景：

隨著近些年來我國(guó)鋼鐵行業(yè)的迅猛發(fā)展，目前我國(guó)中（厚）板生產(chǎn)線已達(dá)40余家。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(jī)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(guó)內(nèi)中（厚）板生產(chǎn)線上的一個(gè)難題。因而本次國(guó)內(nèi)首臺(tái)高位出鋼機(jī)的研發(fā)成功具有極其重要的實(shí)用價(jià)值和使用價(jià)值。

高位出鋼機(jī)系統(tǒng)組成：

主梁、大車、小車、門形架和用于取坯的L形鉤等構(gòu)成。L形鉤具有三個(gè)自由度：用于完成選擇通道的橫向運(yùn)動(dòng)由大車執(zhí)行，驅(qū)動(dòng)形式采用電機(jī)-減速機(jī)-傳動(dòng)軸-齒輪-齒條結(jié)構(gòu)形式;用于完成取坯的縱向運(yùn)動(dòng)由小車完成，驅(qū)動(dòng)形式與大車相同;垂直運(yùn)動(dòng)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(dòng)形式。高位出鋼機(jī)電氣控制系統(tǒng)由西門子可編程控制器，時(shí)光IMS伺服控制器等構(gòu)成。系統(tǒng)構(gòu)成方案如圖一所示。

圖一

高位出鋼機(jī)的工作過程：

爐后推鋼機(jī)將板坯推至爐門的出鋼位置，該位置由激光測(cè)量完成，然后打開爐門，小車驅(qū)動(dòng)出鋼機(jī)前進(jìn)至L形鉤位于爐內(nèi)板坯正下方位置后停止運(yùn)行，L形鉤上升托起板坯離開爐內(nèi)滑軌，小車驅(qū)動(dòng)出鋼機(jī)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(dòng)將板坯運(yùn)走，L形鉤再次上升至原位，至此出鋼機(jī)完成一個(gè)出鋼循環(huán)動(dòng)作。大車則根據(jù)需要進(jìn)行橫移，使L形鉤對(duì)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(dòng)作的實(shí)現(xiàn)和完成。

圖二：項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)

主要的電氣驅(qū)動(dòng)裝置：

在本項(xiàng)目中， 我們采用了時(shí)光科技有限公司的IMS-GCT4011SF作為系統(tǒng)的主要電氣驅(qū)動(dòng)裝置。

系統(tǒng)對(duì)控制器的要求：

兩臺(tái)控制器均為三相400V級(jí)11kW控制器

電機(jī)運(yùn)行速率1Hz～100Hz可調(diào)

電機(jī)運(yùn)行速率低于60Hz時(shí)可實(shí)現(xiàn)3倍電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩輸出

定位控制方式越簡(jiǎn)便越好，重復(fù)定位精度要高

為配合機(jī)械傳動(dòng)，電氣要具有反向間隙補(bǔ)償功能

為保護(hù)機(jī)械傳動(dòng)，電機(jī)運(yùn)行時(shí)要具有S曲線運(yùn)行設(shè)置

為保護(hù)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備，要具有參數(shù)可調(diào)轉(zhuǎn)矩限幅功能

最好具有D/A輸出，以便于電機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)

時(shí)光IMS系列伺服控制器的特點(diǎn)：

可實(shí)現(xiàn)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行于0.01Hz～250Hz工作范圍

電機(jī)運(yùn)行速率低于60Hz時(shí)可實(shí)現(xiàn)3倍電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩輸出，包括電機(jī)0Hz鎖定時(shí)的3倍電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩輸出（有效解決了變頻啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償以及電機(jī)在啟動(dòng)和停止時(shí)的抱閘投入）。

利用時(shí)光IMS伺服控制器的內(nèi)置PLC功能（16入/13出），使用節(jié)點(diǎn)方式控制電機(jī)準(zhǔn)確定位，由IMS伺服控制器實(shí)現(xiàn)受控電機(jī)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(dòng)作等環(huán)節(jié)。不僅提高了系統(tǒng)的工作效率、增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性能，而且極大地簡(jiǎn)化了上位機(jī)的運(yùn)算工作。

使用QMCL語言編譯的程序，不僅可由電氣實(shí)現(xiàn)各類間隙補(bǔ)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(zhǎng)期投入使用后由于機(jī)械間隙發(fā)生變化造成的定位誤差。

系統(tǒng)參數(shù)任意設(shè)定電機(jī)運(yùn)行時(shí)的S曲線和轉(zhuǎn)矩限幅值。

具有2路可編程D/A輸出，可實(shí)現(xiàn)任意監(jiān)控項(xiàng)的模擬量輸出。

圖三：控制器實(shí)物圖

使用IMS控制器后相關(guān)優(yōu)點(diǎn)說明：

使用時(shí)光IMS伺服控制器控制大車、小車電動(dòng)機(jī)后，上位機(jī)西門子PLC僅通過節(jié)點(diǎn)輸入/輸出即可完全實(shí)現(xiàn)對(duì)大車與小車的定位控制與檢測(cè)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(gè)系統(tǒng)引入更多的易受干擾環(huán)節(jié)，增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

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(hào)。因此需要控制器在小車動(dòng)作過程中對(duì)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(hào)。IMS伺服控制器自身附帶有集成的PLC功能（16點(diǎn)輸入/13點(diǎn)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(shí)現(xiàn)以上功能。

IMS伺服控制器特有的0Hz鎖定功能可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的“電氣抱閘”動(dòng)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(jī)械抱閘對(duì)于電機(jī)抱閘片的磨損以及在機(jī)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(huì)帶來安全隱患，因此系統(tǒng)并沒有拆除相關(guān)電機(jī)的機(jī)械抱閘，只是電機(jī)機(jī)械抱閘的功能局限為掉電保護(hù)。

總結(jié)

IMS伺服控制器性能得到了客戶的認(rèn)可，并且對(duì)于其定位精度和易操作性表示高度贊揚(yáng)。由于采用了靈活的QMCL軟件編程，給用戶一個(gè)二次開發(fā)的平臺(tái)，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(shí)，IMS伺服控制器可隨時(shí)根據(jù)客戶的最新要求作出相應(yīng)變化以滿足其需要，由此深得系統(tǒng)集成商的認(rèn)同及贊許。