一种智能板坯夹钳控制设备的制作方法

本专利属于自动化控制技术领域，涉及一种智能板坯夹钳控制设备。

背景技术：

在钢铁企业热轧、冷轧、连铸等厂区主要使用起重机搬运板坯，而起重机也要依靠板坯夹钳来搬运板坯。近两年国内正掀起一场自动化改造的热潮，主要目前人力成本越来越高，安全事故带来的损失也越来越高，而在钢铁行业尤其如此。起重机自动化改造是最先要求进行的改造项目。而起重机自动化改造，离不开吊具的自动化改造，因为起重机需要依靠吊具来实现钢制品的原料和产品的搬运工作，所以对于自动化起重机来讲，吊具的自动化程度、稳定性将直接决定起重机整体的自动化程度。目前在板坯吊运的作业中采用的都是板坯夹钳吊具，具有开闭极限限位检测功能和夹钳高度检测功能，但不具备安全保护检测功能，也不具备开度检测功能，所以无法实现自动化，从而影响了起重机整体自动化的实施。

专利内容

为了解决上述问题，本专利提供一种有效地解决方案，实现板坯夹钳智能控制设备，用于起重机自动化的改造。本专利采用PLC控制系统，为独立设备，提供可目前市场上应用最为广泛的Profibus接口，可以与多种厂家的PLC进行通讯连接，具有开度检测、高度检测、开极限、闭极限、夹紧检测和底部安全高度检测功能。

本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

该智能板坯夹钳控制设备设备，包括CPU、输入模块、输出模块、高速计数模块、开度检测编码器、夹钳高度检测设备、底部安全高度检测限位、夹紧检测限位、开极限限位、闭极限限位、指示灯；底部安全高度检测限位、夹紧检测限位、开极限限位、闭极限限位与输入模块相连；夹钳高度检测设备与CPU通过通讯总线相连；开度检测编码器与高速计数模块相连；指示灯与输出模块相连；输入模块、输出模块、高速计数模块与CPU通过底板总线相连。

在目前板坯夹钳设备中，普遍只采用了开闭极限检测和高度检测功能，但基本都不具备开度检测功能和安全保护功能，因为在人工操作的情况下，由人工目测操作，基本也不需要这些特殊功能。但在目前自动化逐渐普及的情况下，这种夹钳明细是无法满足自动化需求的，目前急需一种能够具有智能控制功能的夹钳来适应自动化起重机的需求。

本专利采用PLC实现板坯夹钳的智能化控制，在夹钳本体上增加夹钳开度检测编码器、夹紧检测限位、底部安全高度检测限位、状态指示功能灯，而夹钳本体高度检测功能器增加具有通讯功能，夹钳的开闭极限仍然保留。而CPU与起重机主机CPU也采用通讯方式实现数据传输，夹钳本体的控制元件完全集成在安装于夹钳本体上的电气控制箱中，从主机到夹钳需要一根三相动力电源电缆和一根通讯电缆即可，大大减少电缆数量，使因为电缆而产生的故障大幅度降低。

由于增加诸多安全监测设备，对夹钳底部障碍具有了监测功能，对板坯夹紧有了可靠检测，对开度也有了可靠检测，并且增加了状态显示的指示灯，可以通过摄像头实时观察夹钳的运行状态，而增加的CPU更是使夹钳具有了智能化的特性，对夹钳本体所有的限位，所有的安全措施，都可以有夹钳的CPU独立完成运算、检测、控制，对安全故障能够做到智能识别，是夹钳成为了一台相对独立的智能化设备，减少了起重机主机CPU的运算量，提高了夹钳的安全性，同时可靠性也大幅度增加，从而保证了自动化行车整体可靠性和稳定性。

本专利的有益效果是实现了板坯夹钳智能化控制与检测，使夹钳成为了相对独立的智能化设备，为自动化行车普及解决了夹钳上的障碍，在环境适应性、可靠性、稳定性方面都有了大幅度的提高，因此有效解决目前市场上板坯夹钳无法智能化，阻碍板坯搬运起重机无法普及自动化这一难题。

附图说明

图1是本专利电气系统图。

图2是本专利设备布置图。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本专利的具体实施例。

实施例：

图1是本专利的电气系统图，本专利采用西门子S7-300系列PLC，主控CPU采用型号为S7-315-2DP的CPU，该CPU具有Profibus接口，可以连接Profibus设备，同时也可以与其他CPU进行Profibus通讯。采用定制的具有Profibus通讯功能的夹钳高度测量模块作为高度检测传感器与CPU通过Profibus通讯进行数据交换。

S01～S12限位开关，K11～K14为电机接触器，H11～H14为指示灯，B11和B12为钳腿开度检测编码器。限位开关进入PLC的输入模块，接触器和指示灯进入PLC的输出模块，开度检测编码器进入PLC的高数计数模块。CPU根据主机CPU的指令和限位开关，夹钳高度数据，钳腿开度数据，控制K11、K13或K12、K14动作，并在指示灯上显示夹钳的当前状态。M01和M02为夹钳开闭驱动电动机，因为有两对钳腿，需要独立驱动，所以设置两台电动机。

图2是本专利设备布置图。其中1和6分别为两侧钳腿开度检测编码器；2为高度检测设备，采用Profibus通讯输出接口；3为4个状态指示灯；5为开极限限位，每个钳腿各一个；7为闭极限限位，每个钳腿一个；8为底部安全高度检测限位，每个钳脚一个，共4个；9为加紧检测限位，每个钳脚一个，共4个。

采用了独立CPU后，夹钳本体完全作为一个智能化设备参与起重机的自动化运行中，主机CPU只需要发送固定几个命令，即可实现夹钳的控制。目前将控制命令简化为6个命令。

1.Move(data)，开度控制命令，参数data为目标开度值。夹钳会根据当前开度值的大小，将夹钳打开或关闭到目标开度值。成功后返回OK，失败返回Error。

当目标位置小于当前位置时，进行关闭动作，控制K12和K14吸合，电机反转，夹钳开始关闭，开度值减小，当开度值≤data时停止。返回OK。

当目标位置大于当前位置时，进行打开动作，控制K11和K13吸合，电机正转，夹钳开始打开，开度值增大，当开度值≥data时停止。返回OK。

开度有两个钳腿决定，每对钳腿各安装一个编码器，用于检测开度值，编码器采用，增量型脉冲编码器，通过高数计数模块进行速度和脉冲数测量，脉冲数将换算为开度值，而速度检测则可以检测钳腿运行状态，同时也可以作为钳腿卡堵或加紧的检测判断。每对钳腿由一台电动机驱动，当一对钳腿开度到达目标值之后，则停止运行，当两对钳腿均到达目标值之后，才会返回OK状态。

2.OpenMax，打开到最大命令，无需参数，夹钳将直接打开到最大开度(开极限位置)。成功后返回OK，失败返回Error。

控制K11和K13吸合，电机正转，夹钳开始打开，开度值增大，当开度值≥最大值或者开极限限位动作时停止。返回OK。

3.CoseMin，关闭到最小命令，无需参数，夹钳直接关闭到最小开度(闭极限位置或夹紧位置)。成功后返回OK，失败返回Error。

控制K12和K14吸合，电机反转，夹钳开始闭合，开度值减小，当开度值≤最小值或者闭极限限位动作时停止，或者检测到钳腿速度为0，或者检测到夹紧限位动作，则停止，返回OK。

钳腿有两对，每对可以独立运行，夹紧限位只有同一对钳腿两个限位同时动作才有效。

4.Height(data)，下降到规定高度，data为夹钳目标高度值。由于夹钳本身不具备起升和下降功能，要有主机实现夹钳本体的起升和下降，所以该高度值在主机上升或下降过程中到达目标位置(data)时，返回OK状态，如果超时则返回TimOut状态。

在收到Height命令后，即进入计时状态，在规定时间内为到达目标高度，则返回超时(TimOut)状态。

5.Stop，停止，取消之前的所有命令，立即停止运行。返回OK。

6.Reset，复位之前发生的故障。

在命令执行过程中CPU会实时检测检测主机CPU命令状态，如果有新命令发出，则立即停止，返回OK，并执行下一个命令。

如果检测到系统故障，如超时、过流、堵转、跳闸、通讯故障等故障信息时，立即停止当前动作，并返回Error状态。