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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）板材的質量要求逐漸增高，國內各大鋼鐵廠對于中（厚）板生產線的改造投入也隨之增加。目前，絕大多數廠家所使用的板坯出爐方式為：板坯在三段連續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量，而且給傳送輥道和緩沖器造成了很大的沖擊和噪聲，嚴重影響了設備使用壽命。多年來如何平穩出鋼已經成為國內中（厚）板生產線上的一個難題。

    2、高位出鋼機介紹

    針對目前出鋼機存在的問題，時光科技與業內某系統集成商共同研制了高位出鋼機。高位出鋼機主要應用于鋼鐵行業的中（厚）板加工領域，解決了中（厚）板材在生產過程中的下表面滑傷問題，提高了中（厚）板材最終產品的產品質量。由于本套出鋼機在國內尚屬首次應用，因此在國內尚無競爭對手，并且整套設備的附加值高，利潤大。整套設備技術先進：閉環液壓提升裝置、伺服控制實現各工位準確定位功能均屬于國內領先技術。整套設備應用面十分廣泛，對于國內所有中（厚）板生產線均可適用。

    （1）機械結構

    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行，驅動形式采用電機－減速機－傳動軸－齒輪－齒條結構形式；用于完成取坯的縱向運動由小車完成，驅動形式與大車相同；垂直運動由位于小車前立柱U形槽內的門形架完成，采用液壓缸驅動形式。

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，小車驅動出鋼機前進至L形鉤位于爐內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滑軌，小車驅動出鋼機后退至爐前傳送輥道上方，爐門關閉，L形鉤穩速下降，將板坯平穩的放置于傳送輥道上，輥道轉動將板坯運走，L形鉤再次上升至原位，至此出鋼機完成一個出鋼循環動作。大車則根據需要進行橫移，使L形鉤對準加熱爐左道、中道或右道出鋼位置。以便于下次出鋼循環動作的實現和完成。

    （3）電氣控制系統

    高位出鋼機電氣控制系統由西門子可編程控制器，時光IMS伺服控制器等構成。系統構成方案如圖2所示。

圖2 系統構成方案

    a、可實現電機平穩運行于0.01Hz～250Hz工作范圍

    b、電機運行速率低于60Hz時可實現3倍電機額定轉矩輸出，包括電機0Hz鎖定時的3倍電機額定轉矩輸出（有效解決了變頻啟動轉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確定位動作，上位PLC通過相應接近開關信號檢驗實際機械定位結果是否符合要求。由IMS伺服控制器實現受控電機的準確定位并且一次定位即滿足系統要求，有效低避免了重復定位，反復動作等環節。不僅提高了系統的工作效率、增強了系統的抗干擾性能，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，不僅可由電氣實現各類間隙補償，而且可由用戶參數任意設定間隙量的大小。有效避免設備長期投入使用后由于機械間隙發生變化造成的定位誤差。

    e、系統參數任意設定電機運行時的S曲線和轉矩限幅值。

    f、具有2路可編程D/A輸出，可實現任意監控項的模擬量輸出。

    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/輸出即可完全實現對大車與小車的定位控制與檢測工作（即系統采用半閉環控制方式），減少了相關接線，有效地避免了為整個系統引入更多的易受干擾環節，增強了整個系統工作的穩定性和可靠性。

    h、由于小車前端環境溫度較高，不便于安裝接近開關等電器元件，但是系統要求在小車前進到某位置后開啟水冷設備，并且在到達目標位置后給出目標位置到達信號。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據，通過執行QMCL語言軟件編譯的程序即可實現以上功能。

    i、IMS伺服控制器特有的0Hz鎖定功能可實現電機的“電氣抱閘”動作。既有效保證了定位控制結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生的位置偏移。為保證系統在失電的情況下不會帶來安全隱患，因此系統并沒有拆除相關電機的機械抱閘，只是電機機械抱閘的功能局限為掉電保護。

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

    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

    進退速率：1.574～314.8mm/s

    實際工作行程：2998.74mm

    定位精度：0.002373mm