一種智能板坯夾鉗控制設備的製作方法

2023-05-15 06:04:02 2

本專利屬於自動化控制技術領域，涉及一種智能板坯夾鉗控制設備。

背景技術：

在鋼鐵企業熱軋、冷軋、連鑄等廠區主要使用起重機搬運板坯，而起重機也要依靠板坯夾鉗來搬運板坯。近兩年國內正掀起一場自動化改造的熱潮，主要目前人力成本越來越高，安全事故帶來的損失也越來越高，而在鋼鐵行業尤其如此。起重機自動化改造是最先要求進行的改造項目。而起重機自動化改造，離不開弔具的自動化改造，因為起重機需要依靠吊具來實現鋼製品的原料和產品的搬運工作，所以對於自動化起重機來講，吊具的自動化程度、穩定性將直接決定起重機整體的自動化程度。目前在板坯吊運的作業中採用的都是板坯夾鉗吊具，具有開閉極限限位檢測功能和夾鉗高度檢測功能，但不具備安全保護檢測功能，也不具備開度檢測功能，所以無法實現自動化，從而影響了起重機整體自動化的實施。

專利內容

為了解決上述問題，本專利提供一種有效地解決方案，實現板坯夾鉗智能控制設備，用於起重機自動化的改造。本專利採用PLC控制系統，為獨立設備，提供可目前市場上應用最為廣泛的Profibus接口，可以與多種廠家的PLC進行通訊連接，具有開度檢測、高度檢測、開極限、閉極限、夾緊檢測和底部安全高度檢測功能。

本專利解決其技術問題所採用的技術方案是：

該智能板坯夾鉗控制設備設備，包括CPU、輸入模塊、輸出模塊、高速計數模塊、開度檢測編碼器、夾鉗高度檢測設備、底部安全高度檢測限位、夾緊檢測限位、開極限限位、閉極限限位、指示燈；底部安全高度檢測限位、夾緊檢測限位、開極限限位、閉極限限位與輸入模塊相連；夾鉗高度檢測設備與CPU通過通訊總線相連；開度檢測編碼器與高速計數模塊相連；指示燈與輸出模塊相連；輸入模塊、輸出模塊、高速計數模塊與CPU通過底板總線相連。

在目前板坯夾鉗設備中，普遍只採用了開閉極限檢測和高度檢測功能，但基本都不具備開度檢測功能和安全保護功能，因為在人工操作的情況下，由人工目測操作，基本也不需要這些特殊功能。但在目前自動化逐漸普及的情況下，這種夾鉗明細是無法滿足自動化需求的，目前急需一種能夠具有智能控制功能的夾鉗來適應自動化起重機的需求。

本專利採用PLC實現板坯夾鉗的智能化控制，在夾鉗本體上增加夾鉗開度檢測編碼器、夾緊檢測限位、底部安全高度檢測限位、狀態指示功能燈，而夾鉗本體高度檢測功能器增加具有通訊功能，夾鉗的開閉極限仍然保留。而CPU與起重機主機CPU也採用通訊方式實現數據傳輸，夾鉗本體的控制元件完全集成在安裝於夾鉗本體上的電氣控制箱中，從主機到夾鉗需要一根三相動力電源電纜和一根通訊電纜即可，大大減少電纜數量，使因為電纜而產生的故障大幅度降低。

由於增加諸多安全監測設備，對夾鉗底部障礙具有了監測功能，對板坯夾緊有了可靠檢測，對開度也有了可靠檢測，並且增加了狀態顯示的指示燈，可以通過攝像頭實時觀察夾鉗的運行狀態，而增加的CPU更是使夾鉗具有了智能化的特性，對夾鉗本體所有的限位，所有的安全措施，都可以有夾鉗的CPU獨立完成運算、檢測、控制，對安全故障能夠做到智能識別，是夾鉗成為了一臺相對獨立的智能化設備，減少了起重機主機CPU的運算量，提高了夾鉗的安全性，同時可靠性也大幅度增加，從而保證了自動化行車整體可靠性和穩定性。

本專利的有益效果是實現了板坯夾鉗智能化控制與檢測，使夾鉗成為了相對獨立的智能化設備，為自動化行車普及解決了夾鉗上的障礙，在環境適應性、可靠性、穩定性方面都有了大幅度的提高，因此有效解決目前市場上板坯夾鉗無法智能化，阻礙板坯搬運起重機無法普及自動化這一難題。

附圖說明

圖1是本專利電氣系統圖。

圖2是本專利設備布置圖。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本專利的具體實施例。

實施例：

圖1是本專利的電氣系統圖，本專利採用西門子S7-300系列PLC，主控CPU採用型號為S7-315-2DP的CPU，該CPU具有Profibus接口，可以連接Profibus設備，同時也可以與其他CPU進行Profibus通訊。採用定製的具有Profibus通訊功能的夾鉗高度測量模塊作為高度檢測傳感器與CPU通過Profibus通訊進行數據交換。

S01～S12限位開關，K11～K14為電機接觸器，H11～H14為指示燈，B11和B12為鉗腿開度檢測編碼器。限位開關進入PLC的輸入模塊，接觸器和指示燈進入PLC的輸出模塊，開度檢測編碼器進入PLC的高數計數模塊。CPU根據主機CPU的指令和限位開關，夾鉗高度數據，鉗腿開度數據，控制K11、K13或K12、K14動作，並在指示燈上顯示夾鉗的當前狀態。M01和M02為夾鉗開閉驅動電動機，因為有兩對鉗腿，需要獨立驅動，所以設置兩臺電動機。

圖2是本專利設備布置圖。其中1和6分別為兩側鉗腿開度檢測編碼器；2為高度檢測設備，採用Profibus通訊輸出接口；3為4個狀態指示燈；5為開極限限位，每個鉗腿各一個；7為閉極限限位，每個鉗腿一個；8為底部安全高度檢測限位，每個鉗腳一個，共4個；9為加緊檢測限位，每個鉗腳一個，共4個。

採用了獨立CPU後，夾鉗本體完全作為一個智能化設備參與起重機的自動化運行中，主機CPU只需要發送固定幾個命令，即可實現夾鉗的控制。目前將控制命令簡化為6個命令。

1.Move(data)，開度控制命令，參數data為目標開度值。夾鉗會根據當前開度值的大小，將夾鉗打開或關閉到目標開度值。成功後返回OK，失敗返回Error。

當目標位置小於當前位置時，進行關閉動作，控制K12和K14吸合，電機反轉，夾鉗開始關閉，開度值減小，當開度值≤data時停止。返回OK。

當目標位置大於當前位置時，進行打開動作，控制K11和K13吸合，電機正轉，夾鉗開始打開，開度值增大，當開度值≥data時停止。返回OK。

開度有兩個鉗腿決定，每對鉗腿各安裝一個編碼器，用於檢測開度值，編碼器採用，增量型脈衝編碼器，通過高數計數模塊進行速度和脈衝數測量，脈衝數將換算為開度值，而速度檢測則可以檢測鉗腿運行狀態，同時也可以作為鉗腿卡堵或加緊的檢測判斷。每對鉗腿由一臺電動機驅動，當一對鉗腿開度到達目標值之後，則停止運行，當兩對鉗腿均到達目標值之後，才會返回OK狀態。

2.OpenMax，打開到最大命令，無需參數，夾鉗將直接打開到最大開度(開極限位置)。成功後返回OK，失敗返回Error。

控制K11和K13吸合，電機正轉，夾鉗開始打開，開度值增大，當開度值≥最大值或者開極限限位動作時停止。返回OK。

3.CoseMin，關閉到最小命令，無需參數，夾鉗直接關閉到最小開度(閉極限位置或夾緊位置)。成功後返回OK，失敗返回Error。

控制K12和K14吸合，電機反轉，夾鉗開始閉合，開度值減小，當開度值≤最小值或者閉極限限位動作時停止，或者檢測到鉗腿速度為0，或者檢測到夾緊限位動作，則停止，返回OK。

鉗腿有兩對，每對可以獨立運行，夾緊限位只有同一對鉗腿兩個限位同時動作才有效。

4.Height(data)，下降到規定高度，data為夾鉗目標高度值。由於夾鉗本身不具備起升和下降功能，要有主機實現夾鉗本體的起升和下降，所以該高度值在主機上升或下降過程中到達目標位置(data)時，返回OK狀態，如果超時則返回TimOut狀態。

在收到Height命令後，即進入計時狀態，在規定時間內為到達目標高度，則返回超時(TimOut)狀態。

5.Stop，停止，取消之前的所有命令，立即停止運行。返回OK。

6.Reset，復位之前發生的故障。

在命令執行過程中CPU會實時檢測檢測主機CPU命令狀態，如果有新命令發出，則立即停止，返回OK，並執行下一個命令。

如果檢測到系統故障，如超時、過流、堵轉、跳閘、通訊故障等故障信息時，立即停止當前動作，並返回Error狀態。