基於plc的實時熱鋼坯噴號機組的製作方法
2023-07-06 13:57:26
專利名稱：基於plc的實時熱鋼坯噴號機組的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵行業連鑄生產高溫鋼坯的在線標號，尤其涉及基於PLC的實時熱鋼坯噴號機組。
背景技術：
在鋼鐵行業，為了對鋼坯進行質量跟蹤，要求對連鑄生產的鋼坯進行編號，把對應的連鑄機號、爐座號等信息組合為每塊鋼坯的唯一編號，列印在鋼坯表面。在後續的檢驗或生產過程中，若發現鋼坯的質量問題，可以根據其編號跟蹤生產此鋼坯的各種信息，及早發現並且解決生產中存在的問題。
國內現有的鋼廠生產方式往往是等鋼坯疊放後再人工書寫，這必然失去實時性，不僅編號不準確，而且人工書寫的可讀性差；如果要正確反映各類信息，標號過程必須選擇在鋼坯完成切割後、還在連鑄機軌道上運動的時候，此時鋼坯的溫度近千度，如此惡劣的工作環境，人工編寫是不現實的，非人工的鋼坯標號方式如機械擊打式(點陣式、字模式等)、高壓塗料噴射式等。它們的缺點在於或者永久損壞鋼坯表面，或要求高壓條件，設備容易損壞。
本實時熱鋼坯噴號機組就是在PLC的控制下，實現連鑄生產高溫鋼坯的在線標號，從而改善工人的工作環境，全面提升煉鋼廠的自動化水平。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於PLC的實時熱鋼坯噴號機組。
它包括噴號主機和電氣控制裝置，噴號主機具有滑動機架，在滑動機架上設有橫移小車、位移傳感器、橫向移位氣缸、橫向移位控制器，在橫移小車上設有縱移小車、大進氣缸，在縱移小車上設有噴頭組件、小進氣缸，噴號主機還具有塗料供給系統；電氣控制裝置採用PLC控制系統，它依次是電源模塊PS307-5A一塊，西門子S7CPU314、SM321二塊，SM322二塊，SM331一塊，PLC控制系統分別與工業控制計算機、到位檢測儀、電磁閥狀態檢測模塊、橫向移位控制器、輸送帶控制開關、電磁閥等連接。
本發明中的實時熱鋼坯噴號機組通過改善噴頭機械結構、防高溫設計、設置塗料防堵自清洗功能、採用橫向移位控制器定位和PLC控制系統等，實現高溫條件下全自動、準確、在線實時的多字連續標號，確保標號字跡清晰，噴號機組能在惡劣環境下長期運行，從而改善操作條件、保障工人的生產安全，提高了鋼廠生產過程的自動化水平和鋼坯的質量管理水平。
圖1是基於PLC的實時熱鋼坯噴號機組電氣控制裝置框圖。
圖2是本發明PLC控制系統框圖。
圖3是本發明電磁閥狀態檢測模塊電路原理圖。
圖4是本發明橫向移位控制器原理圖。
圖5是本發明自動噴號全過程流程框圖。
圖6是本發明電磁閥狀態檢測過程流程框圖。
圖7是本發明提升電機控制電路原理圖。
圖8是基於PLC的實時熱鋼坯噴號機組噴號主機結構示意圖。
圖9是本發明噴頭組件外形結構圖。
圖10(a)是本發明字模板側面外形結構圖。
圖10(b)是圖10(a)的A-A剖面視圖。
圖10(c)是圖10(a)的B-B剖面視圖。
圖11是本發明噴嘴機理圖。
圖12是本發明組合噴嘴外形結構圖。
圖13是本發明水和塗料組合閥結構原理圖。
圖14是本發明塗料供給系統流程圖。
圖中1.SPC200控制器，2.定位控制器，3.流量比例閥，4.上限位行程開關，5.下限位行程開關，6.交流接觸器，7.交流接觸器，8.旋轉按鍵，9.空氣開關，10.空氣開關，11.熱鋼坯，12.橫移小車，13.縱移小車，14.噴頭組件，15.小進氣缸，16.滑動機架，17.大進氣缸，18.位移傳感器，19.橫向移位氣缸，20.橫向移位控制器，21.塗料供給系統，22.塗料管道，23.去氧化皮氣閥，24.去氧化皮水閥，25.水和塗料組合閥，26.組合噴嘴，27.字模板，28.水總閥，29.塗料總閥，30.儲氣筒，31.筆畫電磁閥組，32.管路接板，33.塗料電磁閥，34.筆畫框板，35.分區框板，36.瀉壓通道，37.溢流通道，38.水入口，39.塗料入口，40.組合噴嘴板一，41.組合噴嘴板二，42.塗料(水)出口，43.氣出口，44.高強度膠管，45.高強度膠管，46.回流泵，47.輸送泵，48.限流閥，49.葉漿支撐架，50.提升電機，51.控制箱，52.攪拌電機，53.打散葉漿，54.過濾器，55.打散桶，56.循環罐。
具體實施例方式
如圖1所示，電氣控制裝置以PLC控制系統為中心，其中的輸入模塊接機械接觸式到位檢測儀1、紅外聚熱式熱金屬到位檢測儀2、電磁閥狀態檢測模塊、橫向移位控制器的輸出通道；輸出模塊接電磁閥和橫向移位控制器的輸入通道。PLC控制系統通過MPI網線和工業控制計算機連接，還通過PLC的I/O通道和輸送帶現有的啟停控制開關連接。PLC控制系統和工控機安裝在控制室裡。
如圖2所示，PLC控制系統以德國西門子公司的S7-314PLC(可編程控制器)為核心，包括了電源模塊PS307-5A一塊，16點數字量輸入模塊SM321二塊，16點數字量輸出模塊SM322二塊，8通道模擬量輸入模塊SM331一塊，接線端子等。PLC經MPI網絡和工控機相連，電源模塊外接220V電源，各輸入輸出模塊經接線端子和輸入輸出信號線連接。
如圖3所示，電磁閥狀態檢測模塊以每一個電磁閥的迴路為輸入，串連以二極體IN4148，二極體IN4148並聯有1K電阻、10uF電容和電壓放大電路，電壓放大電路包括運算放大器LM324、6.6K電阻和220K電阻。LM324的輸出信號作為數字量輸入模塊SM321的輸入信號。
如圖4所示，橫向移位控制器中的SPC200控制器1通過數字I/O通道連接PLC的SM322和SM321模塊，通過電纜連接定位控制器SPC-AIF-POT(2)，定位控制器與流量比例閥MPYE-5-1/8-HF-010-B(3)、位移傳感器連接。流量比例閥出口的氣管連接到橫向移位氣缸的壓縮空氣接口。
如圖5是自動噴號全過程的執行流程框圖。自動控制系統檢測到鋼坯到位後，立即停止鋼坯輸送帶，從初始位到最終位勻速移動橫移小車，同時開去氧化皮水和壓縮空氣閥，完成全程去氧化皮。然後橫移小車平移到需要的字位，開大進氣缸前移縱移小車接近鋼坯，在單字去氧化皮後，開小進氣缸繼續縱向前移，直到字模板緊貼鋼坯。PLC根據需列印的數字，啟停塗料閥和筆畫電磁閥，利用壓縮空氣霧化抗高溫塗料，高速穿過分層設計的字模板，在鋼坯上列印相應的筆畫，所噴的數字由七段碼組成。各閥門的開啟順序和延時時間皆可獨立設置，保證了各筆畫列印時壓縮空氣壓力和塗料用量均衡。完成一個數字後，縱移小車後退並水洗，再繼續橫向平移到下一字位，開始列印下一個數字。列印完一組編號的所有數字後，水洗塗料管，並且用空氣吹乾，然後在進行電磁閥性能測試的同時，啟動鋼坯輸送帶，等待下一塊鋼坯到位。
如圖6所示，當執行電磁閥性能測試步驟時，PLC依次打開每一個電磁閥，延時指定時間後採集電磁閥狀態檢測模塊的輸出信號，通過判斷其電壓信號，決定該電磁閥是否損壞。
如圖7所示，如果要升高攪拌葉漿，那麼就將旋轉按鍵8旋到正位，為交流接觸器7提供220V電壓，通過交流接觸器7提供380V給提升電機啟動電機正轉，如果上限位行程開關4檢測到到位信號，就自動關閉交流接觸器7的220V電源，停止提升電機。如果要降低攪拌葉漿，那麼就將旋轉按鍵8旋到反位，驅動交流接觸器6啟動提升電機反轉，如果下限位行程開關5檢測到信號，那麼就自動停止提升電機。
如圖8所示，噴號機安裝在鋼坯輸送帶11的一側，以滑動機架16為底座，在滑動機架上設有完成橫向移動的橫移小車12、橫向定位用的位移傳感器18、橫向移位氣缸19、橫向移位控制器20，在橫移小車上設有帶滑輪的縱移小車13、大進氣缸17，由大進氣缸推動縱移小車縱向移動，在縱移小車上設有噴號用的噴頭組件14、小進氣缸15，小進氣缸可以推動噴頭組件繼續縱向小範圍移動。機械部分還包括塗料供給系統21，布置在熱鋼坯流水線外、不受高溫熱直接輻射的合適地點，和噴號機間有塗料管22相連。
如圖9所示，噴頭組件14裝配在縱移小車13上，依次連接有字模板27、組合噴嘴26、管路接板32、儲氣筒30、去氧化皮氣閥23、去氧化皮水閥24，噴頭組件前部還設有水總閥28、塗料總閥29，管路接板的前面除了接組合噴嘴，還接有水和塗料組合閥25，塗料和水經過水總閥28、塗料總閥29進入水和塗料組合閥25，管路接板的後面接電磁閥的氣路和儲氣筒30出口氣路，儲氣筒30上面設有筆畫電磁閥31、塗料電磁閥33。
如圖10(a)所示，字模板分為四部分筆畫框板34、分區框板35、瀉壓通道36、溢流通道37。噴字的時候，筆畫框板34緊貼鋼坯；分區框板35位於組合噴嘴26前，具有1.5cm厚度。筆畫框板34和分區框板35間留有小縫隙，作為壓縮空氣瀉壓通道36。分區框板35和組合噴嘴26間也留有一定的縫隙，作為塗料溢流通道37。
如圖10(b)所示，筆畫框板34是薄不鏽鋼製成的七段碼模板。
如圖10(c)所示，分區框板35被隔板分為7個區域。
如圖11所示，當需要噴數字時，由筆畫電磁閥組31控制管路接板32內對應的筆畫供氣缸開關，決定該筆畫噴嘴是否通入來自儲氣筒30的壓縮空氣；塗料則來自水和塗料組合閥25，水和塗料組合閥以水、塗料為輸入，由塗料電磁閥33決定是出塗料還是出水。
如圖12所示，在組合噴嘴中，七個筆畫的噴嘴分布在組合噴嘴板一40和組合噴嘴板二41上。每一個噴嘴中，來自水和塗料組合閥25的塗料或水由各個筆畫電磁閥控制的壓縮空氣在噴嘴進行霧化，壓縮空氣的出口為扁平狀43，向前水平噴出；塗料出口42布置在壓縮空氣出口的中間，流出方向和空氣流向垂直。壓縮空氣和塗料均來自於管道接板32。
如圖13所示，水和塗料經水總閥28和塗料總閥29，進入水和塗料組合閥25，在塗料電磁閥33的作用下，決定出水還是出塗料。當塗料電磁閥33關的時候，塗料支管上的高強度膠管44在壓縮空氣作用下被擠壓，塗料被截斷，而水路接通，當塗料電磁閥33開的時候，水支管上的高強度膠管45被壓縮空氣作用擠壓，水路被截斷，而塗料接通。從組合閥出來的塗料，在管道接板32內分流為2路，分別進入組合噴嘴板一40和組合噴嘴板二41中各個筆畫的噴嘴。
如圖14所示，噴號機組採取了獨立的塗料供應系統，設置用於打散塗料的打散桶55，打散桶內設有打散葉漿53，頂面設有葉漿支撐架49，葉漿支撐架上裝電控箱51、提升電機50、上限位行程開關4、下限位行程開關5，提升電機用於升高或者降低攪拌電機52的位置，行程開關用於自動限位。打散桶底部有過濾器54，經輸送泵47連接到循環罐56，循環罐底部接回流泵46，回流泵的塗料管一路經過限流閥48到水和塗料組合閥的塗料入口，一路回流到循環罐56。本發明工作過程實時熱鋼坯噴號機組安裝在鋼坯輸送帶的一側。當有熱鋼坯到達指定位置時，由機械接觸式的行程開關和紅外聚熱式的熱金屬到位檢測儀觸發到位信號，在PLC的指揮下停止輸送帶、啟動噴號過程。
首先橫移小車全範圍平移，同時開去氧化皮水閥和氣閥，完成去氧化皮。然後橫移小車平移到需要的字位，啟動縱移小車前移接近鋼坯，在用水和壓縮空氣去氧化皮後，繼續縱向前移，直到字模板緊貼鋼坯。PLC開啟塗料電磁閥，令水和塗料組合閥出塗料，並根據需要列印的數字開啟筆畫電磁閥，控制管道接板內相應的筆畫供氣缸，開通儲氣筒裡的壓縮空氣霧化抗高溫塗料，高速穿過分層設計的字模板，在鋼坯上列印需要的筆畫，所噴的數字由七段碼組成。各閥門的開啟順序和延時時間皆可獨立設置，保證了各筆畫列印時壓縮空氣壓力和塗料用量均衡。完成一個數字後，噴頭縱向後退並水洗，再繼續橫向平移到下一字位，開始列印下一個數字。列印完一組編號的所有數字後，自動控制系統在完成水洗、電磁閥檢測的同時，啟動鋼坯輸送帶，等待下一塊鋼坯到位，上位機則按照規則自動生成下一組編號。
權利要求
1.一種基於PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特徵在於它包括噴號主機和電氣控制裝置，噴號主機具有滑動機架(16)，在滑動機架上設有橫移小車(12)、位移傳感器(18)、橫向移位氣缸(19)、橫向移位控制器(20)，在橫移小車上設有縱移小車(13)、大進氣缸(17)，在縱移小車上設有噴頭組件(14)、小進氣缸(15)，噴號主機還具有塗料供給系統；電氣控制裝置採用PLC控制系統，它依次是電源模塊PS307-5A一塊，西門子S7CPU314、SM321二塊，SM322二塊，SM331一塊，PLC控制系統分別與工業控制計算機、到位檢測儀、電磁閥狀態檢測模塊、橫向移位控制器、輸送帶控制開關、電磁閥連接。
2.根據權利要求1所述的一種基於PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特徵在於所述的噴頭組件(14)依次連接有字模板(27)、組合噴嘴(26)、管路接板(32)、儲氣筒(30)、去氧化皮氣閥(23)、去氧化皮水閥(24)，管路接板上還接有水和塗料組合閥(25)，噴頭組件的前方設有水總閥(28)、塗料總閥(29)，儲氣筒(30)上面設有筆畫電磁閥組(31)、塗料電磁閥(33)。
3.根據權利要求1所述的一種基於PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特徵在於所述的組合噴嘴(26)採用分層設計，依次連接有筆畫框板(34)、瀉壓通道(36)、分區框板(35)、溢流通道(37)；筆畫框板採用7段碼，分區框板被隔板分為7個獨立的空間。
4.根據權利要求1所述的一種基於PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特徵在於所述的塗料供給系統具有打散桶(55)，打散桶內部設有打散葉漿(53)，頂面設有葉漿支撐架(49)，葉漿支撐架上裝電控箱(51)、提升電機(50)、上限位行程開關(4)、下限位行程開關(5)。打散桶底部有過濾器(54)，經輸送泵(47)連接到循環罐(56)，循環罐底部帶回流泵(46)，一路回流到循環罐，一路經限流閥(48)到水和塗料組合閥(25)。
5.根據權利要求1所述的一種基於PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特徵在於所述的電磁閥狀態檢測模塊用二極體IN4148串聯電磁閥迴路，二極體IN4148並聯有1K電阻、10uF電容和電壓放大電路，電壓放大電路包括運算放大器LM324，輸入端接6.6K電阻，輸出接220K電阻。PLC中設置獨立的電磁閥狀態檢測過程，通過依次啟動電磁閥，延時讀取電磁閥狀態檢測模塊輸出完成檢測。
6.根據權利要求1所述的一種基於PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特徵在於所述的橫向移位控制器利用了SPC200控制器(1)完成縱向多個地址的準確定位，SPC200控制器(1)連接有定位控制器SPC-AIF-POT(2)，定位控制器(2)連有流量比例閥MPYE-5-1/8-HF-010-B(3)和位移傳感器(18)，由流量比例閥控制橫向移位氣缸(19)的進氣，位移傳感器(18)檢測當前橫向移位氣缸的位置。
全文摘要
本發明公開了一種基於PLC的實時熱鋼坯噴號機組。它包括噴號主機和電氣控制裝置，噴號主機具有滑動機架，在滑動機架上設有橫移小車、位移傳感器、橫向移位氣缸、橫向移位控制器，在橫移小車上設有縱移小車、大進氣缸，在縱移小車上設有噴頭組件、小進氣缸，噴號主機還具有塗料供給系統；電氣控制裝置採用PLC控制系統，PLC控制系統分別與工業控制計算機、到位檢測儀、電磁閥狀態檢測模塊、橫向移位控制器、輸送帶控制開關、電磁閥等連接。本發明通過改善噴頭機械結構、採用PLC控制系統等，實現在高溫環境下全自動、準確、在線實時的多數字連續標號，確保標號字跡清晰，利於噴號機組在惡劣環境下長期運行，保障了工人的勞動安全，提高標號的自動化水平和鋼坯質量管理水平，從而全面提升煉鋼廠的自動化水平。
文檔編號B22D11/12GK1827226SQ20061005028
公開日2006年9月6日 申請日期2006年4月10日 優先權日2006年4月10日
發明者蔡晉輝, 魏雲虎, 周澤魁 申請人:浙江大學