专利名称：基于plc的实时热钢坯喷号机组的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钢铁行业连铸生产高温钢坯的在线标号，尤其涉及基于PLC的实时热钢坯喷号机组。
背景技术：
在钢铁行业，为了对钢坯进行质量跟踪，要求对连铸生产的钢坯进行编号，把对应的连铸机号、炉座号等信息组合为每块钢坯的唯一编号，打印在钢坯表面。在后续的检验或生产过程中，若发现钢坯的质量问题，可以根据其编号跟踪生产此钢坯的各种信息，及早发现并且解决生产中存在的问题。
国内现有的钢厂生产方式往往是等钢坯叠放后再人工书写，这必然失去实时性，不仅编号不准确，而且人工书写的可读性差；如果要正确反映各类信息，标号过程必须选择在钢坯完成切割后、还在连铸机轨道上运动的时候，此时钢坯的温度近千度，如此恶劣的工作环境，人工编写是不现实的，非人工的钢坯标号方式如机械击打式(点阵式、字模式等)、高压涂料喷射式等。它们的缺点在于或者永久损坏钢坯表面，或要求高压条件，设备容易损坏。
本实时热钢坯喷号机组就是在PLC的控制下，实现连铸生产高温钢坯的在线标号，从而改善工人的工作环境，全面提升炼钢厂的自动化水平。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于PLC的实时热钢坯喷号机组。
它包括喷号主机和电气控制装置，喷号主机具有滑动机架，在滑动机架上设有横移小车、位移传感器、横向移位气缸、横向移位控制器，在横移小车上设有纵移小车、大进气缸，在纵移小车上设有喷头组件、小进气缸，喷号主机还具有涂料供给系统；电气控制装置采用PLC控制系统，它依次是电源模块PS307-5A一块，西门子S7CPU314、SM321二块，SM322二块，SM331一块，PLC控制系统分别与工业控制计算机、到位检测仪、电磁阀状态检测模块、横向移位控制器、输送带控制开关、电磁阀等连接。
本实用新型中的实时热钢坯喷号机组通过改善喷头机械结构、防高温设计、设置涂料防堵自清洗功能、采用横向移位控制器定位和PLC控制系统等，实现高温条件下全自动、准确、在线实时的多字连续标号，确保标号字迹清晰，喷号机组能在恶劣环境下长期运行，从而改善操作条件、保障工人的生产安全，提高了钢厂生产过程的自动化水平和钢坯的质量管理水平。
图1是基于PLC的实时热钢坯喷号机组电气控制装置框图。
图2是本实用新型PLC控制系统框图。
图3是本实用新型电磁阀状态检测模块电路原理图。
图4是本实用新型横向移位控制器原理图。
图5是本实用新型自动喷号全过程流程框图。
图6是本实用新型电磁阀状态检测过程流程框图。
图7是本实用新型提升电机控制电路原理图。
图8是基于PLC的实时热钢坯喷号机组喷号主机结构示意图。
图9是本实用新型喷头组件外形结构图。
图10(a)是本实用新型字模板侧面外形结构图。
图10(b)是图10(a)的A-A剖面视图。
图10(c)是图10(a)的B-B剖面视图。
图11是本实用新型喷嘴机理图。
图12是本实用新型组合喷嘴外形结构图。
图13是本实用新型水和涂料组合阀结构原理图。
图14是本实用新型涂料供给系统流程图。
图中1.SPC200控制器，2.定位控制器，3.流量比例阀，4.上限位行程开关，5.下限位行程开关，6.交流接触器，7.交流接触器，8.旋转按键，9.空气开关，10.空气开关，11.热钢坯，12.横移小车，13.纵移小车，14.喷头组件，15.小进气缸，16.滑动机架，17.大进气缸，18.位移传感器，19.横向移位气缸，20.横向移位控制器，21.涂料供给系统，22.涂料管道，23.去氧化皮气阀，24.去氧化皮水阀，25.水和涂料组合阀，26.组合喷嘴，27.字模板，28.水总阀，29.涂料总阀，30.储气筒，31.笔画电磁阀组，32.管路接板，33.涂料电磁阀，34.笔画框板，35.分区框板，36.泻压通道，37.溢流通道，38.水入口，39.涂料入口，40.组合喷嘴板一，41.组合喷嘴板二，42.涂料(水)出口，43.气出口，44.高强度胶管，45.高强度胶管，46.回流泵，47.输送泵，48.限流阀，49.叶浆支撑架，50.提升电机，51.控制箱，52.搅拌电机，53.打散叶浆，54.过滤器，55.打散桶，56.循环罐。
具体实施方式
如图1所示，电气控制装置以PLC控制系统为中心，其中的输入模块接机械接触式到位检测仪1、红外聚热式热金属到位检测仪2、电磁阀状态检测模块、横向移位控制器的输出通道；输出模块接电磁阀和横向移位控制器的输入通道。PLC控制系统通过MPI网线和工业控制计算机连接，还通过PLC的I/O通道和输送带现有的启停控制开关连接。PLC控制系统和工控机安装在控制室里。
如图2所示，PLC控制系统以德国西门子公司的S7-314PLC(可编程控制器)为核心，包括了电源模块PS307-5A一块，16点数字量输入模块SM321二块，16点数字量输出模块SM322二块，8通道模拟量输入模块SM331一块，接线端子等。PLC经MPI网络和工控机相连，电源模块外接220V电源，各输入输出模块经接线端子和输入输出信号线连接。
如图3所示，电磁阀状态检测模块以每一个电磁阀的回路为输入，串连以二极管IN4148，二极管IN4148并联有1K电阻、10uF电容和电压放大电路，电压放大电路包括运算放大器LM324、6.6K电阻和220K电阻。LM324的输出信号作为数字量输入模块SM321的输入信号。
如图4所示，横向移位控制器中的SPC200控制器1通过数字I/O通道连接PLC的SM322和SM321模块，通过电缆连接定位控制器SPC-AIF-POT(2)，定位控制器与流量比例阀MPYE-5-1/8-HF-010-B(3)、位移传感器连接。流量比例阀出口的气管连接到横向移位气缸的压缩空气接口。
如图5是自动喷号全过程的执行流程框图。自动控制系统检测到钢坯到位后，立即停止钢坯输送带，从初始位到最终位匀速移动横移小车，同时开去氧化皮水和压缩空气阀，完成全程去氧化皮。然后横移小车平移到需要的字位，开大进气缸前移纵移小车接近钢坯，在单字去氧化皮后，开小进气缸继续纵向前移，直到字模板紧贴钢坯。PLC根据需打印的数字，启停涂料阀和笔画电磁阀，利用压缩空气雾化抗高温涂料，高速穿过分层设计的字模板，在钢坯上打印相应的笔画，所喷的数字由七段码组成。各阀门的开启顺序和延时时间皆可独立设置，保证了各笔画打印时压缩空气压力和涂料用量均衡。完成一个数字后，纵移小车后退并水洗，再继续横向平移到下一字位，开始打印下一个数字。打印完一组编号的所有数字后，水洗涂料管，并且用空气吹干，然后在进行电磁阀性能测试的同时，启动钢坯输送带，等待下一块钢坯到位。
如图6所示，当执行电磁阀性能测试步骤时，PLC依次打开每一个电磁阀，延时指定时间后采集电磁阀状态检测模块的输出信号，通过判断其电压信号，决定该电磁阀是否损坏。
如图7所示，如果要升高搅拌叶浆，那么就将旋转按键8旋到正位，为交流接触器7提供220V电压，通过交流接触器7提供380V给提升电机启动电机正转，如果上限位行程开关4检测到到位信号，就自动关闭交流接触器7的220V电源，停止提升电机。如果要降低搅拌叶浆，那么就将旋转按键8旋到反位，驱动交流接触器6启动提升电机反转，如果下限位行程开关5检测到信号，那么就自动停止提升电机。
如图8所示，喷号机安装在钢坯输送带11的一侧，以滑动机架16为底座，在滑动机架上设有完成横向移动的横移小车12、横向定位用的位移传感器18、横向移位气缸19、横向移位控制器20，在横移小车上设有带滑轮的纵移小车13、大进气缸17，由大进气缸推动纵移小车纵向移动，在纵移小车上设有喷号用的喷头组件14、小进气缸15，小进气缸可以推动喷头组件继续纵向小范围移动。机械部分还包括涂料供给系统21，布置在热钢坯流水线外、不受高温热直接辐射的合适地点，和喷号机间有涂料管22相连。
如图9所示，喷头组件14装配在纵移小车13上，依次连接有字模板27、组合喷嘴26、管路接板32、储气筒30、去氧化皮气阀23、去氧化皮水阀24，喷头组件前部还设有水总阀28、涂料总阀29，管路接板的前面除了接组合喷嘴，还接有水和涂料组合阀25，涂料和水经过水总阀28、涂料总阀29进入水和涂料组合阀25，管路接板的后面接电磁阀的气路和储气筒30出口气路，储气筒30上面设有笔画电磁阀31、涂料电磁阀33。
如图10(a)所示，字模板分为四部分笔画框板34、分区框板35、泻压通道36、溢流通道37。喷字的时候，笔画框板34紧贴钢坯；分区框板35位于组合喷嘴26前，具有1.5cm厚度。笔画框板34和分区框板35间留有小缝隙，作为压缩空气泻压通道36。分区框板35和组合喷嘴26间也留有一定的缝隙，作为涂料溢流通道37。
如图10(b)所示，笔画框板34是薄不锈钢制成的七段码模板。
如图10(c)所示，分区框板35被隔板分为7个区域。
如图11所示，当需要喷数字时，由笔画电磁阀组31控制管路接板32内对应的笔画供气缸开关，决定该笔画喷嘴是否通入来自储气筒30的压缩空气；涂料则来自水和涂料组合阀25，水和涂料组合阀以水、涂料为输入，由涂料电磁阀33决定是出涂料还是出水。
如图12所示，在组合喷嘴中，七个笔画的喷嘴分布在组合喷嘴板一40和组合喷嘴板二41上。每一个喷嘴中，来自水和涂料组合阀25的涂料或水由各个笔画电磁阀控制的压缩空气在喷嘴进行雾化，压缩空气的出口为扁平状43，向前水平喷出；涂料出口42布置在压缩空气出口的中间，流出方向和空气流向垂直。压缩空气和涂料均来自于管道接板32。
如图13所示，水和涂料经水总阀28和涂料总阀29，进入水和涂料组合阀25，在涂料电磁阀33的作用下，决定出水还是出涂料。当涂料电磁阀33关的时候，涂料支管上的高强度胶管44在压缩空气作用下被挤压，涂料被截断，而水路接通，当涂料电磁阀33开的时候，水支管上的高强度胶管45被压缩空气作用挤压，水路被截断，而涂料接通。从组合阀出来的涂料，在管道接板32内分流为2路，分别进入组合喷嘴板一40和组合喷嘴板二41中各个笔画的喷嘴。
如图14所示，喷号机组采取了独立的涂料供应系统，设置用于打散涂料的打散桶55，打散桶内设有打散叶浆53，顶面设有叶浆支撑架49，叶浆支撑架上装电控箱51、提升电机50、上限位行程开关4、下限位行程开关5，提升电机用于升高或者降低搅拌电机52的位置，行程开关用于自动限位。打散桶底部有过滤器54，经输送泵47连接到循环罐56，循环罐底部接回流泵46，回流泵的涂料管一路经过限流阀48到水和涂料组合阀的涂料入口，一路回流到循环罐56。本实用新型工作过程实时热钢坯喷号机组安装在钢坯输送带的一侧。当有热钢坯到达指定位置时，由机械接触式的行程开关和红外聚热式的热金属到位检测仪触发到位信号，在PLC的指挥下停止输送带、启动喷号过程。
首先横移小车全范围平移，同时开去氧化皮水阀和气阀，完成去氧化皮。然后横移小车平移到需要的字位，启动纵移小车前移接近钢坯，在用水和压缩空气去氧化皮后，继续纵向前移，直到字模板紧贴钢坯。PLC开启涂料电磁阀，令水和涂料组合阀出涂料，并根据需要打印的数字开启笔画电磁阀，控制管道接板内相应的笔画供气缸，开通储气筒里的压缩空气雾化抗高温涂料，高速穿过分层设计的字模板，在钢坯上打印需要的笔画，所喷的数字由七段码组成。各阀门的开启顺序和延时时间皆可独立设置，保证了各笔画打印时压缩空气压力和涂料用量均衡。完成一个数字后，喷头纵向后退并水洗，再继续横向平移到下一字位，开始打印下一个数字。打印完一组编号的所有数字后，自动控制系统在完成水洗、电磁阀检测的同时，启动钢坯输送带，等待下一块钢坯到位，上位机则按照规则自动生成下一组编号。
权利要求1.一种基于PLC的实时热钢坯喷号机组，其特征在于它包括喷号主机和电气控制装置，喷号主机具有滑动机架(16)，在滑动机架上设有横移小车(12)、位移传感器(18)、横向移位气缸(19)、横向移位控制器(20)，在横移小车上设有纵移小车(13)、大进气缸(17)，在纵移小车上设有喷头组件(14)、小进气缸(15)，喷号主机还具有涂料供给系统；电气控制装置采用PLC控制系统，它依次是电源模块PS307-5A一块，西门子S7CPU314、SM321二块，SM322二块，SM331一块，PLC控制系统分别与工业控制计算机、到位检测仪、电磁阀状态检测模块、横向移位控制器、输送带控制开关、电磁阀连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC的实时热钢坯喷号机组，其特征在于所述的喷头组件(14)依次连接有字模板(27)、组合喷嘴(26)、管路接板(32)、储气筒(30)、去氧化皮气阀(23)、去氧化皮水阀(24)，管路接板上还接有水和涂料组合阀(25)，喷头组件的前方设有水总阀(28)、涂料总阀(29)，储气筒(30)上面设有笔画电磁阀组(31)、涂料电磁阀(33)。
3.根据权利要求1所述的一种基于PLC的实时热钢坯喷号机组，其特征在于所述的组合喷嘴(26)采用分层设计，依次连接有笔画框板(34)、泻压通道(36)、分区框板(35)、溢流通道(37)；笔画框板采用7段码，分区框板被隔板分为7个独立的空间。
4.根据权利要求1所述的一种基于PLC的实时热钢坯喷号机组，其特征在于所述的涂料供给系统具有打散桶(55)，打散桶内部设有打散叶浆(53)，顶面设有叶浆支撑架(49)，叶浆支撑架上装电控箱(51)、提升电机(50)、上限位行程开关(4)、下限位行程开关(5)；打散桶底部有过滤器(54)，经输送泵(47)连接到循环罐(56)，循环罐底部带回流泵(46)，一路回流到循环罐，一路经限流阀(48)到水和涂料组合阀(25)。
5.根据权利要求1所述的一种基于PLC的实时热钢坯喷号机组，其特征在于所述的电磁阀状态检测模块用二极管IN4148串联电磁阀回路，二极管IN4148并联有1K电阻、10uF电容和电压放大电路，电压放大电路包括运算放大器LM324，输入端接6.6K电阻，输出接220K电阻；PLC中设置独立的电磁阀状态检测过程，通过依次启动电磁阀，延时读取电磁阀状态检测模块输出完成检测。
6.根据权利要求1所述的一种基于PLC的实时热钢坯喷号机组，其特征在于所述的横向移位控制器利用了SPC200控制器(1)完成纵向多个地址的准确定位，SPC200控制器(1)连接有定位控制器SPC-AIF-POT(2)，定位控制器(2)连有流量比例阀MPYE-5-1/8-HF-010-B(3)和位移传感器(18)，由流量比例阀控制横向移位气缸(19)的进气，位移传感器(18)检测当前横向移位气缸的位置。
专利摘要本实用新型公开了一种基于PLC的实时热钢坯喷号机组。它包括喷号主机和电气控制装置，喷号主机具有滑动机架，在滑动机架上设有横移小车、位移传感器、横向移位气缸、横向移位控制器，在横移小车上设有纵移小车、大进气缸，在纵移小车上设有喷头组件、小进气缸，喷号主机还具有涂料供给系统；电气控制装置采用PLC控制系统，PLC控制系统分别与工业控制计算机、到位检测仪、电磁阀状态检测模块、横向移位控制器、输送带控制开关、电磁阀等连接。本实用新型通过改善喷头机械结构、采用PLC控制系统等，实现在高温环境下全自动、准确、在线实时的多数字连续标号，确保标号字迹清晰，利于喷号机组在恶劣环境下长期运行，保障了工人的劳动安全，提高标号的自动化水平和钢坯质量管理水平，从而全面提升炼钢厂的自动化水平。
文档编号B41J3/407GK2908155SQ20062010251
公开日2007年6月6日 申请日期2006年4月10日 优先权日2006年4月10日
发明者蔡晋辉, 魏云虎, 周泽魁 申请人:浙江大学