基于红外定尺、称重补偿的连铸机火焰切割自控系统

一、概述 　　莱钢炼钢厂矩形坯连铸机原采用编码器测长方式进行钢坯切割，编码器易出现故障，生产过程中，现场的高温环境使维修工无法对出现故障的编码器进行修复，只能由人工目测长度对钢坯进行切割，造成误差较大，不利于准确控制钢坯的长度，导致钢坯的实际重量与理论的重量误差很大。每根钢坯的重量不一致会导致钢坯轧制时成材率低，造成不必要的浪费。因此决定用基于红外定尺、称重补偿的火焰切割自控系统对原有的系统进行改造。基于红外定尺、称重补偿的火焰切割自控系统可分为红外定尺、称重补偿、火焰自动切割三个子系统。红外定尺子系统采用湖南衡阳镭目公司生产的红外摄像系统来测量钢坯长度；称重补偿子系统利用中型轧机炉前称进行称重，并编制补偿程序进行补偿；火焰切割子系统采用SLC500PLC自动控制火焰切割机装置进行铸坯切割。工艺如图一所示： 二、硬件配置 1、红外定尺子系统 　　根据该矩形坯连铸机的控制规模,选用湖南衡阳镭目公司生产的红外定尺系统RAM9806。其中摄像控制仪作为现场控制设备,研华IPC-610工控机做为监视器,根据定尺规格选用两个工业摄像镜头，选用PCL1503转换板作为红外摄像控制仪和美国AB公司DI模板的BCD码转换接口。硬件组态图二所示： 　　说明：为提高精度，使用两个摄象头，将调焦线和信号线通过调焦板接到图象处理卡，通过软件进行处理，然后将计算到的钢坯实际长度通过I/O卡输出，并经PCL1503进行信号转换和I/O板信号放大，分别接到SLC500的输入模板，这样就将钢坯的实际长度信号传送到SLC500，然后在SLC500内完成整个切割动作。 为保证测量的准确度，需对钢坯的长度进行准确的标定，然后在监控软件上将长度按照实际的标定好。 2、称重补偿子系统 该子系统选用美国AB公司远程块I/O模块，将钢坯的重量信号由三菱模板通过远程块I/O模板，传送到公用PLC。 3、火焰自动切割子系统 　　火焰自动切割机PLC系统的硬件配置（三套，配置相同仅图示一套）由1块电源模板（1746-P2）、一块CPU（SLC5/04）、5块16点数字量输入模板（1746-ITB16 1块，1746-IB16 4块）及4块16点数字量输入模板（1746-OW16 2块、1746-OB16 2块）组成。配置图见图三： 　　此外，该PLC系统还通过CPU上的DH+通道与基础级自控系统主PLC（公司PLC5/40E）上的通道CH1接口A相连从而构成了传输速率高的DH+（data highway plus）网。火切机自控系统与基础级自控系统之间的通讯数据就通过该网络进行传输。 三、控制功能 1、红外定尺 　　首先从画面和操作台上设定好定尺，画面上的定尺设定和操作台上的定尺设定是一致的，然后将转换开关打到“红外定尺测长”，并按下画面上的“控制”按钮，表示红外摄像系统进入了钢坯的测量状态，当钢坯头进入了摄像镜头的视野范围，此时红外摄像系统发出钢坯长度信号（钢坯长度信号为16位BCD码），钢坯长度信号送至各流的DI模板，此长度信号再经通讯传送到各自的切割PLC。 当钢坯长度大于“定尺长度”减去100mm时，发出预压信号； 当钢坯长度大于“定尺长度”时，发出主压信号，即切割信号 2、称重补偿 　　从主控室画面上输入设定定尺、设定重量，实际重量由中型炉前称称量后，重量信号经由四号机出坯操作室的远程通讯模板传送到公用PLC，此时所称重的属于哪一流的，由出坯室的操作工进行选择，然后钢坯重量经通讯传送到相应的流PLC，完成补偿功能。 3、火焰自动切割 　　火焰切割机系统接收到火焰自控系统PLC发出的预压信号、主压信号，即做出相应的动作，该机工作时通过气压装置压紧铸坯来带动切割机作运行，并由切枪作横向平移运动来完成切割。 四、控制原理 1、红外定尺 　　在拉钢前,将定尺设定好,定尺信号传至SLC500；实际钢坯长度由摄象系统VS710测量，经PROFIBUS-DP通讯，送到I/O板，经DO输出 ，将钢坯长度信号（BCD码）送到SLC500；实际长度与设定定尺进行比较：当实际长度>设定定尺(mm)-100mm时预压；当实际长度>设定定尺(mm)时主压，切割开始，所有的切割在SLC500内完成。 2、称重补偿 　　采用自动称量，人工干预的方式，在非热送方式进行抽检时方便实用。利用中型炉前称进行称重，在拉钢之前，在主控室输入每流设定重量，对应每一流有设定重量输入框，输入设定重量。实际重量由三菱PLC经接线（BCD码）接至出坯块I/O（块I/O是一种远程模块），经通讯送到公用PLC，显示到上位机；同时这根钢坯属于哪一流由热送操作室或出坯操作室人工观测，有三个按钮分别代表一流、二流、三流，若是一流，按下一流按钮，此信号也显示到上位机；然后由主控室操作工点击确认按钮，送到铸流PLC； 称重补偿：（设定重量-实际重量）/实际重量=（实际定尺-设定定尺）/设定定尺，计算出实际定尺，此信号送到SLC500。 3、火焰自动切割 　　火焰自动切割工作分为：切头、正常切割及切尾三种。 切头：用于生产伊始的铸坯头部切割。 　　1、选择“半自动”方式，切头位置由人工目测决定。 　　2、按下“预压”按钮，当铸坯运行至切头位置时，按下“主压”按钮，切割机压紧铸坯并与之同步运行，同时切枪预热并高速接近铸坯。 　　3、转换为“自动”方式，火切机将自动以切割速度进行切割。 　　4、切割完毕后，自动取消“主压”操作，切割机自动与铸坯脱离，切枪自动返回原位。 正常切割：用于生产过程中的正常铸坯切割。 　　1、“自动”方式，当铸坯运行至距定尺300mm时，自动进行“预压”操作。 　　2、铸坯运行至定尺位置时，自动进行“主压”操作，切割机压紧铸坯并与之同步运行，同时切枪预热并高速接近铸坯。 　　3-4同切头程序的3-4。 切尾：用于生产末期的尾坯切割 五、使用情况 该系统自投运以来运行稳定可靠，提高了测长准确度，稳定性，并通过称重补偿提高了成材率，并且具有控制功能强，操作方式灵活多样的优点；同时减少了工人的劳动强度，减小了维护量，取得了巨大的经济效益。 参考文献 [1] <<红外自动定尺控制系统安装维护手册>> 湖南省衡阳市镭目科技开发公司 [2] PLC-5 编程软件编程手册/指令集 作者简介：裴常明（1977-），男，工程师，主要从事工业控制及工业自动化的设计与开发工作。 联系方法： 地址：山东莱钢自动化部钢区车间 邮编：271104 电话：0634-6823278 E-mail:pcm5@sohu.com