專利名稱：基于plc的實時熱鋼坯噴號機組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋼鐵行業(yè)連鑄生產(chǎn)高溫鋼坯的在線標號，尤其涉及基于PLC的實時熱鋼坯噴號機組。
背景技術：
在鋼鐵行業(yè)，為了對鋼坯進行質(zhì)量跟蹤，要求對連鑄生產(chǎn)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，打印在鋼坯表面。在后續(xù)的檢驗或生產(chǎn)過程中，若發(fā)現(xiàn)鋼坯的質(zhì)量問題，可以根據(jù)其編號跟蹤生產(chǎn)此鋼坯的各種信息，及早發(fā)現(xiàn)并且解決生產(chǎn)中存在的問題。
國內(nèi)現(xiàn)有的鋼廠生產(chǎn)方式往往是等鋼坯疊放后再人工書寫，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后、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(huán)境，人工編寫是不現(xiàn)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)、高壓涂料噴射式等。它們的缺點在于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(xiàn)連鑄生產(chǎn)高溫鋼坯的在線標號，從而改善工人的工作環(huán)境，全面提升煉鋼廠的自動化水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于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，噴號主機還具有涂料供給系統(tǒng)；電氣控制裝置采用PLC控制系統(tǒng)，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(tǒng)分別與工業(yè)控制計算機、到位檢測儀、電磁閥狀態(tài)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(fā)明中的實時熱鋼坯噴號機組通過改善噴頭機械結(jié)構(gòu)、防高溫設計、設置涂料防堵自清洗功能、采用橫向移位控制器定位和PLC控制系統(tǒng)等，實現(xiàn)高溫條件下全自動、準確、在線實時的多字連續(xù)標號，確保標號字跡清晰，噴號機組能在惡劣環(huán)境下長期運行，從而改善操作條件、保障工人的生產(chǎn)安全，提高了鋼廠生產(chǎn)過程的自動化水平和鋼坯的質(zhì)量管理水平。


圖1是基于PLC的實時熱鋼坯噴號機組電氣控制裝置框圖。
圖2是本發(fā)明PLC控制系統(tǒng)框圖。
圖3是本發(fā)明電磁閥狀態(tài)檢測模塊電路原理圖。
圖4是本發(fā)明橫向移位控制器原理圖。
圖5是本發(fā)明自動噴號全過程流程框圖。
圖6是本發(fā)明電磁閥狀態(tài)檢測過程流程框圖。
圖7是本發(fā)明提升電機控制電路原理圖。
圖8是基于PLC的實時熱鋼坯噴號機組噴號主機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是本發(fā)明噴頭組件外形結(jié)構(gòu)圖。
圖10(a)是本發(fā)明字模板側(cè)面外形結(jié)構(gòu)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(fā)明噴嘴機理圖。
圖12是本發(fā)明組合噴嘴外形結(jié)構(gòu)圖。
圖13是本發(fā)明水和涂料組合閥結(jié)構(gòu)原理圖。
圖14是本發(fā)明涂料供給系統(tǒng)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(zhuǎn)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.涂料供給系統(tǒng)，22.涂料管道，23.去氧化皮氣閥，24.去氧化皮水閥，25.水和涂料組合閥，26.組合噴嘴，27.字模板，28.水總閥，29.涂料總閥，30.儲氣筒，31.筆畫電磁閥組，32.管路接板，33.涂料電磁閥，34.筆畫框板，35.分區(qū)框板，36.瀉壓通道，37.溢流通道，38.水入口，39.涂料入口，40.組合噴嘴板一，41.組合噴嘴板二，42.涂料(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(huán)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(tǒng)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(tài)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(tǒng)通過MPI網(wǎng)線和工業(yè)控制計算機連接，還通過PLC的I/O通道和輸送帶現(xiàn)有的啟?？刂崎_關連接。PLC控制系統(tǒng)和工控機安裝在控制室里。
如圖2所示，PLC控制系統(tǒng)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(shù)字量輸入模塊SM321二塊，16點數(shù)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(jīng)MPI網(wǎng)絡和工控機相連，電源模塊外接220V電源，各輸入輸出模塊經(jīng)接線端子和輸入輸出信號線連接。
如圖3所示，電磁閥狀態(tài)檢測模塊以每一個電磁閥的回路為輸入，串連以二極管IN4148，二極管IN4148并聯(lián)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(shù)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(shù)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(zhí)行流程框圖。自動控制系統(tǒng)檢測到鋼坯到位后，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。然后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，在單字去氧化皮后，開小進氣缸繼續(xù)縱向前移，直到字模板緊貼鋼坯。PLC根據(jù)需打印的數(shù)字，啟停涂料閥和筆畫電磁閥，利用壓縮空氣霧化抗高溫涂料，高速穿過分層設計的字模板，在鋼坯上打印相應的筆畫，所噴的數(shù)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，保證了各筆畫打印時壓縮空氣壓力和涂料用量均衡。完成一個數(shù)字后，縱移小車后退并水洗，再繼續(xù)橫向平移到下一字位，開始打印下一個數(shù)字。打印完一組編號的所有數(shù)字后，水洗涂料管，并且用空氣吹干，然后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(zhí)行電磁閥性能測試步驟時，PLC依次打開每一個電磁閥，延時指定時間后采集電磁閥狀態(tài)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，那么就將旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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，那么就將旋轉(zhuǎn)按鍵8旋到反位，驅(qū)動交流接觸器6啟動提升電機反轉(zhuǎn)，如果下限位行程開關5檢測到信號，那么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(cè)，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(xù)縱向小范圍移動。機械部分還包括涂料供給系統(tǒng)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，和噴號機間有涂料管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、涂料總閥29，管路接板的前面除了接組合噴嘴，還接有水和涂料組合閥25，涂料和水經(jīng)過水總閥28、涂料總閥29進入水和涂料組合閥25，管路接板的后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、涂料電磁閥33。
如圖10(a)所示，字模板分為四部分筆畫框板34、分區(qū)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(qū)框板35位于組合噴嘴26前，具有1.5cm厚度。筆畫框板34和分區(qū)框板35間留有小縫隙，作為壓縮空氣瀉壓通道36。分區(qū)框板35和組合噴嘴26間也留有一定的縫隙，作為涂料溢流通道37。
如圖10(b)所示，筆畫框板34是薄不銹鋼制成的七段碼模板。
如圖10(c)所示，分區(qū)框板35被隔板分為7個區(qū)域。
如圖11所示，當需要噴數(shù)字時，由筆畫電磁閥組31控制管路接板32內(nèi)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；涂料則來自水和涂料組合閥25，水和涂料組合閥以水、涂料為輸入，由涂料電磁閥33決定是出涂料還是出水。
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，來自水和涂料組合閥25的涂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；涂料出口42布置在壓縮空氣出口的中間，流出方向和空氣流向垂直。壓縮空氣和涂料均來自于管道接板32。
如圖13所示，水和涂料經(jīng)水總閥28和涂料總閥29，進入水和涂料組合閥25，在涂料電磁閥33的作用下，決定出水還是出涂料。當涂料電磁閥33關的時候，涂料支管上的高強度膠管44在壓縮空氣作用下被擠壓，涂料被截斷，而水路接通，當涂料電磁閥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，而涂料接通。從組合閥出來的涂料，在管道接板32內(nèi)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，噴號機組采取了獨立的涂料供應系統(tǒng)，設置用于打散涂料的打散桶55，打散桶內(nèi)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，提升電機用于升高或者降低攪拌電機52的位置，行程開關用于自動限位。打散桶底部有過濾器54，經(jīng)輸送泵47連接到循環(huán)罐56，循環(huán)罐底部接回流泵46，回流泵的涂料管一路經(jīng)過限流閥48到水和涂料組合閥的涂料入口，一路回流到循環(huán)罐56。本發(fā)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(cè)。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(fā)到位信號，在PLC的指揮下停止輸送帶、啟動噴號過程。
首先橫移小車全范圍平移，同時開去氧化皮水閥和氣閥，完成去氧化皮。然后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后，繼續(xù)縱向前移，直到字模板緊貼鋼坯。PLC開啟涂料電磁閥，令水和涂料組合閥出涂料，并根據(jù)需要打印的數(shù)字開啟筆畫電磁閥，控制管道接板內(nèi)相應的筆畫供氣缸，開通儲氣筒里的壓縮空氣霧化抗高溫涂料，高速穿過分層設計的字模板，在鋼坯上打印需要的筆畫，所噴的數(shù)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，保證了各筆畫打印時壓縮空氣壓力和涂料用量均衡。完成一個數(shù)字后，噴頭縱向后退并水洗，再繼續(xù)橫向平移到下一字位，開始打印下一個數(shù)字。打印完一組編號的所有數(shù)字后，自動控制系統(tǒng)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(guī)則自動生成下一組編號。
權利要求
1.一種基于PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特征在于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)，噴號主機還具有涂料供給系統(tǒng)；電氣控制裝置采用PLC控制系統(tǒng)，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(tǒng)分別與工業(yè)控制計算機、到位檢測儀、電磁閥狀態(tài)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(jù)權利要求1所述的一種基于PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特征在于所述的噴頭組件(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涂料組合閥(25)，噴頭組件的前方設有水總閥(28)、涂料總閥(29)，儲氣筒(30)上面設有筆畫電磁閥組(31)、涂料電磁閥(33)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特征在于所述的組合噴嘴(26)采用分層設計，依次連接有筆畫框板(34)、瀉壓通道(36)、分區(qū)框板(35)、溢流通道(37)；筆畫框板采用7段碼，分區(qū)框板被隔板分為7個獨立的空間。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特征在于所述的涂料供給系統(tǒng)具有打散桶(55)，打散桶內(nèi)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(jīng)輸送泵(47)連接到循環(huán)罐(56)，循環(huán)罐底部帶回流泵(46)，一路回流到循環(huán)罐，一路經(jīng)限流閥(48)到水和涂料組合閥(25)。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特征在于所述的電磁閥狀態(tài)檢測模塊用二極管IN4148串聯(lián)電磁閥回路，二極管IN4148并聯(lián)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(tài)檢測過程，通過依次啟動電磁閥，延時讀取電磁閥狀態(tài)檢測模塊輸出完成檢測。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于PLC的實時熱鋼坯噴號機組，其特征在于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(fā)明公開了一種基于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，噴號主機還具有涂料供給系統(tǒng)；電氣控制裝置采用PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)分別與工業(yè)控制計算機、到位檢測儀、電磁閥狀態(tài)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(fā)明通過改善噴頭機械結(jié)構(gòu)、采用PLC控制系統(tǒng)等，實現(xiàn)在高溫環(huán)境下全自動、準確、在線實時的多數(shù)字連續(xù)標號，確保標號字跡清晰，利于噴號機組在惡劣環(huán)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(zhì)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(yōu)先權日2006年4月10日
發(fā)明者蔡晉輝, 魏云虎, 周澤魁 申請人:浙江大學