中冶南方钢卷运输自动控制系统
01
技术方案
该运输系统由上游步进梁、No.1提升机、高速台车、No.2提升机、下游步进梁组成。其中，提升机可采用液压驱动或者电机驱动，高速台车采用齿轮马达驱动，可采用无线电供电或者滑触线供电。根据运输长度，如果一台高速台车节奏紧张，可增设高速台车和交接鞍座接力运输，如图1所示。
上游步进梁把钢卷放在No.1提升机上，上游步进梁退出公共区域后，No.1提升机开始下降运送钢卷；No.1提升机到达下极限位时，钢卷搁置在No.1高速台车上，No.1高速台车开始运送钢卷；当No.1高速台车驶离与No.1提升机的公共区域，No.1提升机开始返回地面；当No.1高速台车驶入交接鞍座，交接鞍座举起钢卷，No.1高速台车开始返回；当No.1高速台车离开交接鞍座，进入到安全区域，No.2高速台车驶入交接鞍座，交接鞍座下降到下极限位，钢卷被搁置在No.2高速台车上，No.2高速台车带着钢卷离开交接鞍座；当No.2高速台车驶入No.2提升机，No.2提升机开始上升，钢卷被抓起来运送到地面上；当No.2提升机离开与No.2高速台车的公共区域，No.2高速台车开始返回；当No.2提升机带着钢卷到达上极限位，下游步进梁开始接卷，下游步进梁托起钢卷离开与No.2提升机的公共区域，No.2提升机开始下降。如此往复，钢卷就可以逐个从上游机组倒运到下游机组了。
02
控制方式
2.1自动化控制
为了实现自动化运卷，该系统在设备上升、下降、前进、后退等极限位置设置一系列接近开关，分别控制并显示设备的具体位置，在极限位之前设置减速位开关以保证设备平稳停车，设置光电开关显示对应位置是否有钢卷，设置激光测距仪实时跟踪升降机和高速台车的位置。因相邻设备需要交接钢卷，空间上存在交集，为保证运卷的安全性，在有安全隐患的位置，设置了行程开关，并参与设备的连锁控制，即某设备在公共区域内，相邻设备不允许动作。
以这些开关信号作为触发或者禁止条件，PLC程序可实现自动运卷。
2.2生产节奏控制
某工程包含两条地下运输系统，其中No.1运输系统行程约72m，No.2运输系统行程约102m。机组产品最大卷重32t，考虑到分卷，最快生产节奏为2.5分钟/卷，因此运输系统每个设备的运动周期都需要控制在2.5min以内。
步进梁采用液压缸驱动，步进梁横移缸速度可达200mm/s，升降缸速度可达80mm/s，调节比例阀的流量，步进梁的运卷周期可以控制在60s左右；提升机升降速度大约200mm/s，其时序见表1，No.1提升机往返时间约85s，按照150s的周期，还有65s时间可以等待上游步进梁送卷，满足步进梁的送卷节奏；No.2提升机往返时间约75s，按照150s的周期，还有75s时间可以等待下游步进梁接卷，满足步进梁的接卷节奏。
高速台车采用齿轮马达驱动，带载时，速度V1设为80 m/min可平稳运输钢卷，空车速度V1'可达到100m/min。为了保证高速台车启停车平稳，带载时，在PLC里将电机启动加速和制动减速时间设定设为8s，即加（减）速度a1=100/60/8≈0.21（m/s2）；空载时，PLC里电机启停时间设定为5s，即加（减）速度约a2=100/60/5≈0.33（m/s2）；高速台车低速设为0.1m/s。高速台车一个运卷周期内速度曲线参见图2，T1为运卷的总时间，T0为等待No.2提升机离开公共区域的时间，T1'为空车返回时间。
对于No.1运输系统，总行程S=72m，设置一台高速台车，运卷时，高速台车速度V1=4/3m/s，V0=0.1m/s，减速时间t3=（V1-V0）/a1=5.9 s，
从V1-V2的减速距离S3=（V1+V0）×t3/2=4.2m，减速位设在极限位之前4.8m的位置，则低速运行时间t4=（4.8-S3）/V0=6s。加速时间t1=6.4s，匀速距离S2=S-4.8-V1×t1/2=62.9m，匀速时间t2=S2/V1=47.2s，总时间T1=t1+ t2+ t3+ t4+ t5≈66s（其中t5为0.1m/s减速到0的时间，约0.5s）；同理，可得出空车返回时所需时间T1'=55s。表2为高速台车时序表，往返总时间约131s，按照150s的节奏，高速台车还剩19s时间等待No.1提升机送卷。因此配置一台高速台车即可满足生产要求。
对于No.2运输系统，如果仅设置一台高速台车，初步估算，前进时间T1≈88s；返回时间T2≈72.5s，加上等待No.2提升机提升到安全位置的时间，高速台车往返周期约171s，比要求的节奏略慢。因此，设置两台高速台车，No.1台车的行程设为58m，No.2台车行程约44m。
No.1台车速度曲线同No.1运输系统的台车，周期约111s；No.2台车接力运输，初始位在交接鞍座以外，为了保证与No.1台车的安全距离，No.2台车初始等待位设置在交接鞍座外6m的位置，从等待位到交接鞍座处同样需要经过加速再减速的过程，接力的高速台车运卷周期内速度曲线见图2，T1'为空车从等待位到交接鞍座位的时间，T0'为交接鞍座放卷时间，T1为运卷时间，T0为等待No.2提升机离开公共区域的时间，T1'为空车返回到等待位的时间。No.2台车减速位的设定与No.1台车稍有不同，需要考虑两种工况，第一种情况：No.2台车即将到达等待位时，交接鞍座处已经具备交接条件，No.2台车无需停在等待位，直接经过减速位驶入交接鞍座接卷；第二种情况：No.2台车即将到达等待位时，交接鞍座处不具备交接条件，No.2台车停在等待位，等交接鞍座具备条件，先加速再减速驶入交接鞍座。
假如设定No.2高速台车空车速度V1'为100m/min，空车从高速（100m/min）减到低速（0.1m/s）的减速距离就需要4.2m，考虑第一种情况，减速位至少需要设置在距离极限位置4.5m的位置。那么考虑到第二种情况，高速台车如果从等待位启动，离开等待位1.5m就需要减速了，此距离只够高速台车加速到60m/min，即1m/s。剩余4.5米的距离，高速台车要从1m/s
减速到0.1m/s（此段减速距离1.5m），再以0.1m/s的低速运行，那么低速运行的距离将达到3m，约30s，低速运行时间太长，严重制约生产节奏。所以，4.5m的减速距离并不合适。分析80m/min和100m/min的速度对运卷节奏的影响，对于44m满行程来说，造成的时间差也仅6.6s，可见这个速度差对节奏影响不大，减速位的设定对节奏影响更大。将空车速度V1'也设定为80m/min，PLC里电机启停时间依然保持5s，从80m/min
减速到0.1m/s的减速距离约2.7m，将减速位设置在距离等待位3m的位置，可计算出T1'=12s；类似地，可得到其余几个时间，见表3。总时间T=T1'+T0'+T1+T0+T1'= 113 s，按照150s的周期，No.2台车在等待位还有37s等待时间。
本文为部分内容，全文请参阅《世界金属导报》33期B16。