包鋼寬厚板坯定尺長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

陳儒峰++++韓基偉

摘 要：在板坯連鑄機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程中，需用切割機(jī)將鑄坯按照計(jì)劃定尺長(zhǎng)度進(jìn)行切割， 鑄坯定尺大于設(shè)定定尺會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)，鑄坯定尺小于設(shè)定定尺則會(huì)導(dǎo)致廢品，即使是誤差允許范圍內(nèi)的鑄坯，誤差越小則生產(chǎn)成本越低，因此鑄坯的定尺測(cè)量系統(tǒng)的精確度直接關(guān)系著生產(chǎn)線的生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：板坯連鑄機(jī)；定尺長(zhǎng)度；測(cè)量系統(tǒng)

0 引言

在連鑄生產(chǎn)線上，《連續(xù)鑄鋼板坯》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T2012-2004要求板坯的切割誤差為80mm。但是，鋼鐵行業(yè)目前面臨著前所未有的困難和挑戰(zhàn)，在鋼鐵微利時(shí)代，企業(yè)只有通過(guò)低成本運(yùn)行和高利潤(rùn)增效才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中生存。因此，包鋼寬厚板生產(chǎn)線通過(guò)自身挖潛，開(kāi)發(fā)新定尺長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)，提高測(cè)量精度，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)減耗增效的目標(biāo)。

1 定尺測(cè)量使用現(xiàn)狀

目前使用的定尺檢測(cè)裝置分為兩大類(lèi)：以編碼器為基礎(chǔ)的定尺系統(tǒng)和以攝像機(jī)為基礎(chǔ)的攝像定尺。

使用編碼器為基礎(chǔ)的定尺裝置是將脈沖編碼器與拉矯輥相連接，拉矯輥隨鑄坯運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖編碼器根據(jù)拉矯輥的轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)算鑄坯長(zhǎng)度。由于編碼器與拉矯輥連接，通過(guò)拉矯輥的轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)算鑄坯的長(zhǎng)度，輥?zhàn)娱L(zhǎng)期和高溫鑄坯接觸摩擦導(dǎo)致輥?zhàn)幽p，輥?zhàn)邮艿侥p后會(huì)影響碼盤(pán)的精度，降低定尺準(zhǔn)確率。因此輥?zhàn)有枰ㄆ诟鼡Q，這就增加了維護(hù)費(fèi)用。如果編碼器通過(guò)中間設(shè)備如聯(lián)接軸、減速箱等聯(lián)接到拉矯輥上，則中間設(shè)備的增加又必然增加系統(tǒng)的誤差。

使用攝像定尺時(shí)需將攝像機(jī)架設(shè)在高處，根據(jù)紅外熱成像技術(shù)在高處通過(guò)定位坯頭的位置來(lái)定位鑄坯的長(zhǎng)度。攝像機(jī)有視角范圍，當(dāng)定尺長(zhǎng)度超出攝像機(jī)的視角范圍時(shí)，則無(wú)法進(jìn)行定尺測(cè)量，只能通過(guò)增加攝像機(jī)數(shù)量和提高攝像機(jī)高度來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。但增加攝像機(jī)無(wú)疑會(huì)增加成本，提高攝像機(jī)高度則會(huì)降低定尺精度。

2 包鋼寬厚板坯定尺測(cè)量系統(tǒng)組成

針對(duì)目前沒(méi)有精確控制鑄坯切割長(zhǎng)度并且以低成本穩(wěn)定運(yùn)行的定尺裝置這一問(wèn)題，對(duì)原有動(dòng)態(tài)輕壓下控制系統(tǒng)進(jìn)行研究吸收并進(jìn)一步改進(jìn)，使其滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，開(kāi)發(fā)出了一種鑄坯激光測(cè)距定尺設(shè)備。從而提高鑄坯切割的精確度，降低了設(shè)備運(yùn)行成本。

包鋼寬厚板坯定尺測(cè)量系統(tǒng)主要由激光測(cè)距儀，橫移小車(chē)，拉繩編碼器，數(shù)據(jù)處理模塊，計(jì)數(shù)模塊，通信模塊，CPU，上位機(jī)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 定尺測(cè)量裝置組成

裝置機(jī)構(gòu)主要由激光測(cè)距儀，橫移小車(chē)，拉繩編碼器組成。其中在距鑄坯外側(cè)大于5米的位置上安裝橫移小車(chē)，橫移小車(chē)與拉繩編碼器相連并在橫移小車(chē)上固定激光測(cè)距儀。激光測(cè)距儀加裝風(fēng)冷水冷防塵罩用于提高其使用壽命。橫移小車(chē)與鑄坯相對(duì)平行，激光測(cè)距儀與鑄坯相對(duì)等高。裝置如圖2，其中圖中1為拉繩編碼器，2為橫移小車(chē)，3為激光測(cè)距儀，4為擋板，5為鑄坯。

4 定尺測(cè)量系統(tǒng)工作原理

CPU通過(guò)通信模塊同上位機(jī)通信，計(jì)劃定尺長(zhǎng)度按照生產(chǎn)合同通過(guò)上位機(jī)生成并發(fā)送至CPU，CPU依定尺長(zhǎng)度控制橫移小車(chē)，小車(chē)根據(jù)拉繩編碼器的測(cè)量值移動(dòng)到預(yù)切割位置，激光測(cè)距儀檢測(cè)鑄坯頭部的實(shí)際位置值，并將位置值通過(guò)電纜傳送至數(shù)據(jù)處理模塊中，在鑄坯頭部剛好到達(dá)預(yù)切割位置時(shí)PLC發(fā)出預(yù)切割命令。

拉繩編碼器通過(guò)電纜與PLC的計(jì)數(shù)模塊相連接，計(jì)數(shù)模塊采用西門(mén)子SM338模塊，計(jì)數(shù)模塊對(duì)拉繩編碼器的電脈沖信號(hào)進(jìn)行處理并將處理后的位置值發(fā)送給CPU，其中1個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)0.02mm，橫移小車(chē)的位置值=脈沖數(shù)×0.02mm。

切割槍的位置為橫移小車(chē)的零點(diǎn)位置，切割機(jī)切割位置等于橫移小車(chē)的設(shè)定位置；預(yù)切割位置等于橫移小車(chē)預(yù)切割設(shè)定位置減去預(yù)切割距離，其中預(yù)切割距離可由操作人員在上位機(jī)中進(jìn)行設(shè)定。

隨后橫移小車(chē)移動(dòng)到切割位置，在鑄坯頭部剛好到達(dá)切割位置時(shí)PLC發(fā)出切割命令。

鑄坯未到位的情況下，激光測(cè)距儀的測(cè)量值等于擋板到激光測(cè)距儀的距離k1，當(dāng)鑄坯到位后，激光測(cè)距儀的測(cè)量值等于鑄坯到激光測(cè)距儀的距離k2。當(dāng)激光測(cè)距儀的測(cè)量值由k1變?yōu)閗2的一瞬間即為鑄坯到位時(shí)刻。

激光測(cè)距儀通過(guò)電纜與數(shù)據(jù)處理模塊相連接，數(shù)據(jù)處理模塊采用模擬量輸入模塊，數(shù)據(jù)處理模塊將激光測(cè)距儀的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)后發(fā)送給CPU，其中4～20mA對(duì)應(yīng)0～150米，模塊對(duì)于低于4mA的數(shù)據(jù)按0米處理，高于20mA的數(shù)據(jù)按150米處理，k1和k2均小于150m。

PLC接收上位機(jī)發(fā)出的定尺長(zhǎng)度，根據(jù)定尺長(zhǎng)度控制橫移小車(chē)移動(dòng)到預(yù)切割位置和切割位置。

激光測(cè)距儀檢測(cè)到坯頭的一瞬間PLC發(fā)出預(yù)切割命令，切割開(kāi)始執(zhí)行預(yù)切割動(dòng)作。隨后PLC根據(jù)拉繩編碼器控制橫移小車(chē)移動(dòng)到切割位置，當(dāng)激光測(cè)距儀在切割位置檢測(cè)到的坯頭的一瞬間，PLC發(fā)出切割命令控制切割機(jī)開(kāi)始切割。

由于PLC的掃描周期為10ms，所以激光測(cè)距儀的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)導(dǎo)致的誤差可以忽略不計(jì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

鑄坯定尺的控制精度是鑄機(jī)生產(chǎn)線的一個(gè)重要工藝指標(biāo)，直接影響生產(chǎn)線的成本。包鋼寬厚板鑄機(jī)生產(chǎn)線的定尺長(zhǎng)度檢測(cè)系統(tǒng)自投用以來(lái)，運(yùn)行正常，滿足了鑄機(jī)對(duì)鑄坯長(zhǎng)度的控制要求，穩(wěn)定了產(chǎn)線的生產(chǎn)成本。