張俊杰張衛(wèi)

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西太原030003）

不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

張俊杰張衛(wèi)

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西太原030003）

介紹了太鋼不銹熱軋廠不銹鋼鋼板生產過程中表面標識系統(tǒng)的組成和原理，并對其中的自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)做了具體介紹。通過該系統(tǒng)的實施，鋼板物流的管理水平和鋼板表面質量均顯著提高，增加了企業(yè)在市場上的競爭力。

PLC串行通訊監(jiān)督控制系統(tǒng)

國外，在鋼板表面上進行標識的技術已經(jīng)非常成熟，高性能的產品設備在鋼鐵產業(yè)中占有主導地位?？v觀國內各鋼廠的生產情況，高性能的鋼板標識設備的市場仍被德國、奧地利、荷蘭等國家的產品所占領。而國內在鋼板表面進行標識的設備仍然缺乏競爭力。究其原因，主要是因為國內產品的研發(fā)起步較晚，在精度、可靠性、穩(wěn)定性等方面與國外產品還存在很大的差距。另外，國外大多數(shù)國家對鋼板表面質量要求非常嚴格，標識問題是其中重要的一個評估環(huán)節(jié)。國內各鋼廠生產的鋼材內部性能已經(jīng)非常優(yōu)越，而表面標識質量卻往往落后于國外企業(yè)。在進行鋼材出口時，往往受到了限制。因此在鋼鐵企業(yè)中開發(fā)鋼板表面標識系統(tǒng)具有很好的研究價值和非常現(xiàn)實的意義。

本文所述的不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)是太鋼熱軋廠定制開發(fā)、實施的項目。通過該系統(tǒng)的實施，項目建設單位在鋼板表面標識、鋼板基本信息管理等方面更加合理規(guī)范，取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

太鋼熱軋廠不銹鋼后部生產線主要擔負對不銹中板表面的缺陷判定和修磨、鋼板的剪切、鋼板表面的標識以及成品的包裝和交庫等工作。具體過程為：先將不銹鋼鋼板按合同、批次由天車吊運至上料臺，然后用吸盤將鋼板一一放置到研磨輥道的東臺進行鋼板表面處理；處理完畢后，鋼板被翻板機翻置，由電平車運送至研磨西臺進行鋼板另一表面的處理；后經(jīng)液壓剪機剪切成符合各合同需求的、不同規(guī)格的鋼板，然后經(jīng)噴碼機對鋼板進行表面標識，被吸盤吊運到下料臺，成品被送至包裝庫進行成品的包裝、交庫。

不銹鋼后部生產線是不銹鋼生產的最后工序，也是不銹鋼品質質量是否合格的關鍵工序。生產現(xiàn)場布局示意圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場布局示意圖

1 不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)采取的控制方式

計算機控制系統(tǒng)一般分為：操作指導控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、集散式計算機控制系統(tǒng)、嵌入系統(tǒng)和網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)等。通過對目前主要的控制系統(tǒng)進行比較，可以得出這幾種控制方式的應用領域有所不同，并且各自具有優(yōu)缺點。因為計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)是安全性、可靠性較高的一類計算機控制系統(tǒng)，同時又是計算機集散系統(tǒng)的最基礎、最基本的模式［1］。而對于全自動鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)來說，考慮到現(xiàn)場的生產情況以及系統(tǒng)的開發(fā)成本，結合生產現(xiàn)場的特點以及計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)的優(yōu)點，對生產設備的控制方式采用了監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）的方式，同時考慮到與現(xiàn)場網(wǎng)絡進行銜接，因而系統(tǒng)還具有網(wǎng)絡功能。鋼板基本資料的噴印位置根據(jù)鋼板長度的不同而變化，噴印位置的給定值是通過PLC計算所得，它能根據(jù)鋼板長度信息的變化被及時調整。

2 不銹鋼板表面噴碼控制系統(tǒng)硬件之間通訊的設計

系統(tǒng)的硬件主要包括：1臺工控機（上位機），2臺LINX6800噴碼機，1臺松下小型PLC（FP0-C16）等。由于系統(tǒng)工作時，不銹鋼鋼板的基本信息和噴印參數(shù)的設置信息被上位機發(fā)送到噴碼機和PLC中，另外PLC和噴碼機將反饋信號和控制信號發(fā)送至上位機中。當這些功能實現(xiàn)時，系統(tǒng)的各硬件之間實際上已經(jīng)形成了通信網(wǎng)絡，結合松下PLC（FP0-C16）和噴碼機本身只支持串行通訊的特點，因而它們之間的通訊采取了串行通訊的工作方式［2］。串行通訊可以分為RS-232、RS-422、RS-485等方式，它們各自的特點如表1所示。

表1 串行通信分類及各自的特點

工控機和噴碼機之間的通訊線路兩端采用RS-422串行轉換器進行連接，工控機和RS-422之間以及RS-422和噴碼機之間的接線方式是簡單的RS-232三線方式。由于工控機本身只有2個RS-232串行端口，為了實現(xiàn)和PLC之間進行通訊的功能，在工控機中安裝了一塊串行通信擴展卡來增加工控機中串行端口的數(shù)量，串行通信擴展卡默認的通訊方式為RS-422方式（串行通信擴展卡內置光電隔離裝置，可以滿足現(xiàn)場生產的需求），其通訊方式采用了工控機和RS-422串行轉換器直接連接的方式。整個通訊線路現(xiàn)場接線的情況如圖2所示。

本系統(tǒng)中設計了上位機，主要功能是往PLC及噴碼機傳輸各種噴印數(shù)據(jù)，同時接收PLC和噴碼機傳輸回來的應答信息的程序。在這些過程中，數(shù)據(jù)傳輸采用統(tǒng)一的格式。另外，系統(tǒng)中還設計了通訊測試程序，以實現(xiàn)對通訊質量的實時掌握，方便維護人員進行故障判斷。這些程序是依據(jù)松下FpΣ系列PLC通信系統(tǒng)的基本協(xié)議MEWTOCOL-COM進行編寫的［3］。松下FpΣ系列PLC通信系統(tǒng)的基本協(xié)議是松下電工的專用通信協(xié)議MEWTOCOL。PLC與計算機的通信協(xié)議是MEWTOCOL-COM，該協(xié)議采用的是異步通信方式，其波特率主要包括2 400，4 800，9 600 bps等多種，且報文長度是可變可固定的。數(shù)據(jù)傳輸采用ASCII碼的形式，首先由計算機發(fā)送指令，然后PLC對指令自動進行響應，用于程序處理和交互式操作。

系統(tǒng)在工作時，完成上位機和PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛘Z句是依據(jù)松下MEWTOCOL-COM協(xié)議編寫的。程序中主要用到的指令包括：RCS，WCS，RCP，RD，WD，SD等。它們的主要功能是：讀取各個輸入；輸出觸點的狀態(tài)信息；設置各輸入；輸出觸點的狀態(tài)；通過上位機設置鋼板噴印PLC的初始參數(shù)；設置PLC內部相關數(shù)據(jù)寄存器的目標值；讀取和設置編碼器的經(jīng)過值等。

3 控制系統(tǒng)的設計

3.1 系統(tǒng)的工作過程

圖2 現(xiàn)場通訊接線示意圖

（1）在PLC運行正常以及系統(tǒng)通訊正常時，操作人員將每個批次鋼板所涉及的規(guī)格、批號、爐號、鋼種等參數(shù)錄入到上位機中。確認無誤后，鋼板的批號、爐號、鋼種、規(guī)格、執(zhí)行標準、許可證、生產班次等數(shù)據(jù)被傳輸至噴碼機中；鋼板的長度、噴印次數(shù)、噴印資料長度、噴印縮進距離、長度校驗值被傳輸至PLC中。

（2）在第一個掃描周期內、內部繼電器R9013為ON時，執(zhí)行子程序1，PLC將編碼器、鋼板長度寄存器、PLC內部各臨時數(shù)據(jù)寄存器等的值置為零，PLC計算出噴印所需的必要的噴印參數(shù)。

（3）當鋼板通過剪機后，觸發(fā)預噴射觸發(fā)光電傳感器X5，PLC向上位機發(fā)送停止發(fā)送數(shù)據(jù)的信號，內部繼電器R2置為ON狀態(tài)，執(zhí)行子程序2，PLC計算出不銹鋼鋼板基本參數(shù)在鋼板上的具體噴印位置，并且將其保存在相應的數(shù)據(jù)寄存器中。

（4）當鋼板到達噴射觸發(fā)光電傳感器X7時，鋼板接觸輥輪使其轉動并帶動編碼器工作，系統(tǒng)開始對鋼板通過噴射觸發(fā)光電傳感器的長度進行測量，將測量值與計算值相比較。

（5）當鋼板到達相應的位置后，PLC向噴碼機發(fā)出觸發(fā)信號Y2，噴碼機便開始噴印，噴印延時0.5 s。按相應的執(zhí)行標準，鋼板長度達到5 m以上時噴印2次，小于5 m時噴印1次，PLC將根據(jù)鋼板的長度，計算出鋼板的基本信息在鋼板上的具體噴印位置，在合適的位置觸發(fā)噴碼機進行工作。

（6）噴印完此塊鋼板后，相應的數(shù)據(jù)寄存器、內部繼電器、特殊繼電器等元件復位置0，PLC向上位機發(fā)出噴印完畢信號，執(zhí)行子程序3，上位機程序自動地將下一塊鋼板的噴印內容發(fā)送到PLC和噴碼機。

（7）PLC將等待下一塊鋼板觸發(fā)預噴射觸發(fā)光電傳感器，PLC控制程序如此反復循環(huán)進行不銹鋼鋼板基本信息的噴印。

3.2 控制系統(tǒng)的主流程圖（見圖3）

3.3 部分編程元件說明（見表2）

表2 PLC控制程序部分編程元件說明

圖3 控制系統(tǒng)的主流程圖

4 結語

經(jīng)過對系統(tǒng)進行不斷優(yōu)化，系統(tǒng)的各項功能也得到了不斷的完善，系統(tǒng)也進入到實用階段。到目前為止，自動控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，為不銹鋼鋼板生產發(fā)揮了巨大作用。

［1］劉川.熱鋼坯自動噴號機控制系統(tǒng)的研制［D］.武漢理工大學，2008．

［2］賈會玲.松下PC-Link網(wǎng)絡與PC通信問題的解決［J］.電氣時代，2007（4）：13-16．

［3］白志敏.計算機與松下PLC通信程序的設計［J］.活力，2008（1）：70．

（編輯：胡玉香）

Abstract:This paper introduced the composition and principle ofmarkingsystemofTisco′s Hot Rolling Mill stainless steel plate production process,and made a specific description ofautomatic control system through the systemimplementation,it has made great improvement in steel plate logistics and steel plate surface quality,strengthened the enterprises competition amongthe different markets.

Key words:PLC,serial communication,supervisory control system

Design and Realization of Spray-coding Control System for The Stainless Steel Plate Surface

ZHANG Junjie
（Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan 030003,China）

TP273

A

2011－01－17

1672-1152（2011）01-0042-03

張俊杰（1976-），男，在太鋼不銹熱軋廠從事計算機及自動控制工作，工程師。Tel:15834107337，E-mail:zhangjj01@tisco.com.cn