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1概述

鋼材成品的包裝是鋼材出廠前的最后一道工序，棒材打捆包裝生產(chǎn)線主要包括輻道輸送系統(tǒng)和棒材打捆包裝機，近年來為了提高生產(chǎn)效率，許多鋼鐵廠在配備打捆包裝系統(tǒng)時，都選擇了數(shù)臺（X臺）棒材打捆機但是由于輻道控制器與打捆機控制器大多采用一對一的獨立控制，氣這就使得操作者不僅要同時控制幾臺打捆機，同時還要兼顧輯道輸送系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，在一定程度上降低了打捆包裝系統(tǒng)的效率和可靠性，而且也不利于實現(xiàn)整個系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖和優(yōu)化調(diào)度?；诖?，在不影響生產(chǎn)的條件下，對于包裝生產(chǎn)線的全自動化改造主要包括以F四個方面：

1） 通過在輻道輸送系統(tǒng)上安裝接近開關(guān)（輻道底部），實現(xiàn)了棒材的位置零點給定，為后續(xù)鋼材的自動計長提供了初始點觸發(fā)信號，

2） 通過加裝變頻器和増量式編碼器（輯道電機），實現(xiàn)了棒材的自動計長和自動傳送功能，為后續(xù)打捆包裝機的自動打捆提供了觸發(fā)信號.

3） 以西門子S7-3OO系列可編程控制器（PLC）為核心，通過釆用Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)團，將輾道輸送系統(tǒng)與打捆包裝機全部集成在一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實現(xiàn)了整個生產(chǎn)線的統(tǒng)一調(diào)度，

4） 采用WinCC開放式組態(tài)軟件編程，其良好的圖形界面可使操作者在計算機屏幕上直觀的看到各個子系統(tǒng)的當前運行狀態(tài)，同時所具有的歷史數(shù)據(jù)記錄和査詢功能，使得管理者可在任意時刻方便地査詢系統(tǒng)的運行參數(shù)、故障狀況和產(chǎn)量變化等。

2全自動棒材打捆包裝生產(chǎn)線的工藝要求

2.1設(shè)備規(guī)格及要求

1） 打捆機主要滿足國家GB2101所規(guī)定的鋼材打捆的捆重標準，即：一級標準捆重《2噸,二級標準捆重V4噸，

2） 輟道輸送系統(tǒng)電機：功率為3KW,共8個，

3） 捆扎包裝鋼材的規(guī)格：螺紋鋼和圓鋼（010mm~

4） 捆徑范圍：100mm~（I>400mm）

5） 捆絲擰結(jié)角度：630°,

6） 捆絲材料及規(guī)格：Q195-Q235（中5mm~B8mm）的熱軋盤條.

7） 單道打捆時間：8~12秒,

8） 具有手動和自動兩種打捆方式，具有與生產(chǎn)線的連鎖通訊功能。

2.2工藝過程

當棒材到達臺架后，輻道停止，由移鋼裝置將棒材移到臺架鏈條上，隨后鏈條運轉(zhuǎn)，將棒材下放到收集軸道上，當棒材達到打捆數(shù)量時，由上層控制系統(tǒng)向棒材打捆包裝控制系統(tǒng)發(fā)出使能信號。

當棒材打捆包裝控制系統(tǒng)收到使能信號后，啟動輾道輸送系統(tǒng)，將棒材輸送到擋板附近，使棒材對齊，此時安裝在輻道底部的限位開關(guān)觸發(fā)，使編碼器自動清零，而后輟道輸送系統(tǒng)將根據(jù)棒材長度（啟動前手動輸入）和所選擇的在線打捆機將棒材自動輸送到打捆位置，輸送距離由編碼器的計算結(jié)果決定，當棒材到達預(yù)先設(shè)定的位置后，輾道電機停，啟動預(yù)緊成型器將棒材夾緊，而后啟動打捆機完成第一次自動打捆的動作。

打捆后，預(yù)緊成型器松開，機道輸送系統(tǒng)繼續(xù)啟動，將棒材輸送到第二次打捆位置，而后再次啟動預(yù)緊成型器和打捆機，完成第二次自動打捆的動作。當打捆結(jié)束后，輟道輸送系統(tǒng)將繼續(xù)運轉(zhuǎn)，將棒材輸送到出成品位置，由磁吊將捆好的棒材運走。

3全自動棒材打捆包裝生產(chǎn)線的改造

3.1控制系統(tǒng)的硬件改造

對于棒材打捆包裝控制系統(tǒng)，主操作臺位于中控室內(nèi)，工控機和S7315-2DPCPU都安裝在主操作臺內(nèi)，用于控制和監(jiān)控車間內(nèi)輾道輸送和打捆機的運行；副操作臺有2個，全部安裝在現(xiàn)場，用于輻道輸送和打捆機現(xiàn)場的調(diào)試和維修。圖1為控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成示意圖。

控制系統(tǒng)釆用上下位機的DCS控制方式，上位機選用研華工控機，用于實現(xiàn)根道輸送和打捆機控制系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)的記錄、存貯、上傳和打印等功能，同時可提供通訊接口以方便連接到車間級Internet網(wǎng)絡(luò)。下位機采用西門子S7-300系列PLC,選用的CPU是S7315-2DP,它是整個控制系統(tǒng)的核心。ET200M模塊作為遠程I/O站安裝在現(xiàn)場，用于程道輸送和打捆機的過程控制和現(xiàn)場各傳感器的數(shù)據(jù)采集，它與CPU通過Profibus-DP總線進行通訊。

對于維道輸送系統(tǒng)，其主要功能是鋼材的輸送和打捆前的預(yù)緊成型器控制，安裝在轅道底部的限位開關(guān)用于實現(xiàn)鋼材的位置零點給定，即初始點設(shè)置，安裝在程道電機上的增量編碼器用于實現(xiàn)鋼材的位置計長，其清零信號由限位開關(guān)觸發(fā)，輾道電機的啟?？刂萍案叩退偾袚Q都由變頻器根據(jù)増量編碼器的反饋信號來實現(xiàn)，輾道電機的運行與預(yù)緊成型器之間采用硬件互鎖，以保證設(shè)備的安全。所有信號的采集和輸出都由安裝在輻道現(xiàn)場的遠程I/O站ET200M來控制，遠程I/O站ET200M通過接口模板與CPU進行通訊，從而縮短了動力與控制電纜的傳輸距離，節(jié)省了安裝成本，增強了系統(tǒng)的可靠性。

對于棒材打捆包裝機，由于其要完成開/合臂、抽/送絲、蓄絲、拉緊、合鉗、剪切、擰進、擠平、擰退等十多個打捆流程因此在現(xiàn)場打捆機旁邊需配備遠程I/O站ET200M,一方面用來完成十幾個電磁閥的邏輯控制，另一方面打捆包裝機自帶的液壓泵站也需要實時的監(jiān)控和控制,主要包括泵站電機的啟?？刂?、泵站升壓/卸荷控制、油液壓力和溫度的故障報警、吸油濾及壓油濾報警、油箱液位報警等信號。

所有現(xiàn)場的多個ET200M遠程I/O站都通過Profibus-DP總線與安裝在中控室主操作臺內(nèi)的S73I5-2DPCPU進行通訊，而CPU將通過安裝在工控機上的CP5611通訊卡與上位機進行通訊，完成設(shè)備的各種數(shù)據(jù)交換。

3.2控制系統(tǒng)的軟件改造控制系統(tǒng)的下位機PLC軟件采用STEP7-V5.4進行編程，系統(tǒng)的運行程序分為：初始化程序模塊、手動調(diào)試程序模塊、自動運行程序模塊和故障報警模塊。

1）初始化程序模塊主要是在設(shè)備上電時,將程序的所有中間變量和各個輸出點全部復(fù)位，并檢測設(shè)備的當前狀態(tài)。

2）手動調(diào)試模塊主要是用于現(xiàn)場維修和調(diào)試時，檢査各個子系統(tǒng)的運行狀況，包括制道電機的啟?？刂坪透叩退偾袚Q是否正常.預(yù)緊成型器的動作是否正常、打捆機的各個打捆動作是否正常、液壓泵站電機的啟停控制和壓力調(diào)節(jié)是否正常等，

3. 自動運行模塊

這個模塊包括全部打捆所需任務(wù)的控制。從鋼材進入細道開始，按照事先設(shè)定的邏輯順序完成鋼材打捆。系統(tǒng)自動控制的程序流程圖如圖2所示。

4. 故障報警模塊

這個模塊主要是對棒材打捆包裝生產(chǎn)線上所有設(shè)備的報警點進行實時監(jiān)控，根據(jù)故障等級，發(fā)出相應(yīng)的處理信號。

圖2棒材打捆包裝生產(chǎn)線全自動控制程序流程圖

控制系統(tǒng)的上位機軟件采用WinCC開放式組態(tài)軟件編程，它將作為主要的顯示和交互設(shè)備對車間內(nèi)所有打捆機的生產(chǎn)運行進行智能調(diào)度和監(jiān)控管理，其良好的圖形界面可使操作者在計算機屏幕上直觀的看到各個子系統(tǒng)的當前運行狀態(tài)。在監(jiān)控畫面中實現(xiàn)的功能主要包括以下四個方面：

1. 參數(shù)設(shè)置功能

在WinCC組態(tài)環(huán)境的實時畫面中，具備一定權(quán)限的管理者可以對輾道輸送子系統(tǒng)、夾緊預(yù)成型控制子系統(tǒng)，打捆包裝機的各個動作時間和監(jiān)控點報警進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置和修改，包括輟道電機的傳送速度、各個打捆動作的執(zhí)行時間、液壓泵站的輸出壓力、系統(tǒng)各報警點的極限值等。

2. 狀態(tài)及故障顯示功能

對于全自動棒材打捆包裝控制系統(tǒng)，系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)以及各個子系統(tǒng)的一些關(guān)鍵監(jiān)控點都需要實時的顯示在觸摸屏上，同時界面還可實時提供各個設(shè)備的故障狀態(tài)以及相應(yīng)的處理方法，以方便操作者的觀察和人工干預(yù)。

3. 智能調(diào)度功能

由于鋼材的長度不同，這就需要合理的調(diào)度不同位置上的打捆機，從而提高生產(chǎn)線的打捆效率，減少由于一臺打捆機出現(xiàn)故障而導(dǎo)致的停產(chǎn)。同時，采用Profibus-DP總線后，整個打捆包裝控制系統(tǒng)可在車間級控制器的管理下，與包裝車間的其他設(shè)備形成網(wǎng)絡(luò)化的統(tǒng)一調(diào)度。

4. 數(shù)據(jù)庫管理功能

利用WinCC強大的數(shù)據(jù)處理功能，上位機可完成對整個包裝控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時采集、存儲和上傳等工作，從而方便各個管理者可在任意時刻査詢系統(tǒng)的運行參數(shù)、故障狀況和產(chǎn)量變化等。4結(jié)束語

針對原有棒材打捆包裝生產(chǎn)線的升級改造，通過增加限位開關(guān)、變頻器和編碼器等元件，實現(xiàn)了棒材的自動計長等功能，同時將轅道輸送系統(tǒng)與打捆包裝機并入同一網(wǎng)絡(luò)，克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中一對一控制所帶來的安全聯(lián)鎖和生產(chǎn)效率較低等問題，實現(xiàn)了設(shè)備的智能調(diào)度和協(xié)調(diào)控制，提高了整個系統(tǒng)的可靠性，對于棒材打捆包裝生產(chǎn)線的控制和現(xiàn)場應(yīng)用具有一定的參考意義。