S7-PLC模拟编码器在连铸机自动定尺切割系统中的应用.pdf

2 0 t 3 年第8 期 总 第 1 6 2期 冶 金 动 力 ME T A L L U R G I C A L P O WE R 7 3 S 7 一 P L C模拟编码器在连铸机自动 定尺切割系统中的应用 周 志敏 f 马钢第 二钢轧总厂， 安徽 马鞍山 2 4 3 0 0 0 【 摘要】 通过 S 7 4 0 0 P L C编写的模拟编码器， 为连铸机 自 动定尺切割系统添加了自动报警， 不仅提高了 自动定尺系统的稳定性， 而且提高了连铸坯的定尺合格率， 使连铸生产得以顺利进行， 极大地减轻工人的劳动 强度 。 【 关键词】 模拟编码器； 连铸机； 自动定尺； 自动报警 【 中图分类号】T F 3 4 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 6 6 7 6 4 2 0 1 3 0 8 0 0 7 3 0 3 Ap p l i c a t i o n o f S 7 - P LC An a l o g En c o d e r i n Aut o m a t i c Cu t t 0 一l e ng t h o f Ca s t e r ZHOU Zh i -mi n N o ． 2 S t e e l Ma k i n g a n d Ro l l i n g P l a n t ，Ma a n s h a n I r o n＆ S t e e l C o ． ，L td ．，Ma a n s h a n ， An h u i 2 4 3 0 0 0 ,C h i n a 【 A b s t r a c t ] T h e a u t o m a t i c a l a r m f u n c t i o n i s a d d e d i n th e a u t o m a ti c c u t t o l e n g t h s y s t e m o f c a s t e r i n t h e 7 - 4 0 0 P L C a n a l o g e n c o d e r ．I t n o t o n l y i n c r e a s e s s t a b i l i t y o f t h e a u t o ma t i c c u t - t o - l e n g t h s y s t e m，b u t a l s o i mp r o v e s q u a l i fi c a t i o n r a t e o f c o n t i n u o u s c a s t p r o d u c t s ，ma k i n g t h e c o n t i n u o u s c a s t p r o d u c t i o n r u n s mo o t h l y a n d ma k i n g the l a b o r i n t e n s i t y o f wo r k e r s g r e a t l y r e d u c e ． 【 K e y w o r d s ] a n a l o g e n c o d e r ； c a s t e r ； a u t o m a ti c c u t ti n g l e n g t h ； a u t o m a t i c al a r m 1 前言 铸坯的定尺切割是连铸 机生产中的一个非常 重要环节， 它关系到连铸生产的成材率。铸坯定尺 能否达到标准要求 即定尺合格率 关系到连铸机 能否向下一道工序提供合格产品， 直接影响到轧钢 系统的成材率， 进而影响到钢轧厂的经济效益。因 此。 铸坯定尺合格率成为合格连铸坯的一项重要指 标。 一个精确而稳定的定尺系统， 不仅可以提高连铸 坯的定尺合格率。 促进生产稳定顺行， 还可以降低工 人的工作劳动强度。 2 原系统情况简介 2 ． 1 设备构成 马鞍山钢铁股份有限公司第二钢轧总厂， 现有 四台四机四流连铸机，一般生产的铸坯规格为 2 ． 5 m至 3 ．3 m和 1 2 m分别供型材和线材、 棒材使用。 目前连铸机定尺切割控制采用的是非接触式自动 定尺切割系统。 该系统装设一台红外定尺摄像机， 一台 F P Q G I I 型非接触式 自动定尺切割控制机。切割控制机置 于操作室内， 摄像机固定在操作室外， 能够清晰摄 人 4 流铸坯和定尺标志， 并且扇形视角与钢流运行 方向垂直。 定尺标志可根据不同定尺需要在扇形视 角区域内移动。摄像机摄取运动热钢坯的图像， 经 图像模式识别处理进行模数转换 ，再进行空间微 分， 二值化处理， 得到热钢坯头部的位置信息 1 ， 从 而确定热钢坯的长度 ，当IL l L I I E R R O R I 时启动剪 切机对热钢坯进行剪切 。 系统原理图如图 1 所示。 2 ． 2 原系统实际使用情况 由于钢坯的颜色亮度受钢水成分、铸坯长度、 拉矫速度、 环境温度、 不同操作工习惯、 操作技术等 因素的影响， 钢坯亮度不尽相同。 当生产 1 2 m长坯 时， 时常会出现因钢坯颜色暗淡， 摄像头无法感应 到红坯已进入定尺标志区，出现放长坯的现象， 如 果操作工及时发现， 可对其进行手动切割， 反之， 将 会出现钢坯过长堵死整流的生产故障； 生产 2 ． 5 3 ． 3 7 4 冶 金 动 力 ME TA LL UR GI CAL P OWE R 2 0 l 3 年第 8 期 总 第 1 6 2期 定尺标 志 ￡ 剪切机 ． 一热钢坯拉速 ● 摄像机 Ⅱ型切割控制机 图像模式识别器 切割信号 图 1 系统原理图 m短坯， 特别是 2 ． 5 m的短坯时常出现铸坯过亮 ， 以 致出现虚光，当坯子还没有进入定尺标志区就已经 发出了剪切信号 ， 出现铸坯过短成为废坯 ； 当自动定 尺切割系统出现故障无法正常使用时 ，只能通过人 工 目测方法切割 ， 既增加了工人劳动量 ， 又增加了废 坯 量 。 3 模拟编码器 自动定 尺实现 由于连铸机定尺系统的不稳定，给连铸生产和 下道工序的成材率带来了诸多影响。为了解决连铸 坯定尺问题，可以利用编码器的计数功能来计算铸 坯行程 ， 但连铸机生产现场温度高、 湿度大 ， 编码器 容易损坏且不易维修 。如能在连铸机现有的西门子 s 7 4 0 0 P L C控制系统中开发一套计数功能程序， 通 过累加铸坯的瞬时拉速进行数学运算来得到铸坯行 程 ，并根据铸坯行程和设定的定尺来控制切割系统 完成铸坯切割。 整个过程可在连铸机铸流 P L C控制系统中完 成 ， 编程语言使用 S T E P 7 一 V 5 ． 4 ， 操作及监控画面在 拉矫剪切操作室 的工控机 使用西门子 WI N C C 6 ． 0 上完成 ， 无需额外设备。 其工作原理如下 1 数据采集 由于连铸机使用的液面 自动控制和 自动配水的 需要， 铸流自动控制系统已将铸坯瞬时拉速 采集 并储存 ， 在假定拉矫辊与铸坯不打滑的情况下 ， 拉矫 辊瞬时转速 与铸坯瞬时拉速相等 ，将 储存 于 S T E P 7数据块 D B 4 0 ． D B W1 4中 ， 以备下一步编程调 用。整个采集及运算程序在 S T E P 7中完成。 2 数据处理 在程序中对数据进行处理 ，并根据切割尺寸发 出切割报警信号。 由于采集到的是铸坯瞬时拉速 ， 就 可以得出铸坯一段时间内的行程。 因此作如下处理 以 1 O m s 为基本单位， 在每个 l 0 m s 开始时采集铸 I ■■■■■l 竺 坚 f l 兰 O R ￡ 热钢坯长度定尺 E RR O R 允许的剪切误差范围 坯瞬时拉速 ， 这样铸坯的行程 S可由以下公式得出 ￡|s 1 5 2 S 3 ⋯ ⋯ S n Sn O ． 0l XV V V I V 2 2 其中 L 铸坯的行程 S n 铸坯每个 1 0 m s 的行程 铸坯每个 1 0 ms 的平均速度 l 每个 1 0 m s 开始时的瞬时拉速 2 每个 1 0 m s 结束时的瞬时拉速 当剪机发出剪切信号 无论是手动自动切割状 态 时控制系统将 s清零。 3 控制过程 由于模拟编码器 是在完全理想的状态下完成 的， 但在实际情况下， 不得不考虑拉矫辊与铸坯的打 滑情况。 因此未用模拟编码器来参加控制， 只将其作 为自动报警， 以跟踪其长度控制的准确性。 我们以 1 2 m定尺的报警为例， 由于 1 2 m冷床 的极限长度是 l 2 ． 3 0 m， 钢坯正常切割长度是 l 2 ． 1 5 m， 因此当任意一个流铸坯长度大于 1 2 ． 2 0 i n时， 非 接触式 自 动定尺仪还未发出切割信号，模拟编码器 定尺系统就发出报警信号 ，提醒操作人员定尺仪检 测系统出现故障， 需要手动切割， 并及时通知维护人 员处理 ，以杜绝铸坯过长而堵死整流的生产故障发 生 。 4 尾坯处 理 连铸机停机拉尾坯时，由操作人员通过操作台 对尾坯进行手动处理， 计数就不起作用。 4 模拟编码器定尺切割系统程序设计 从原程序中每 1 0 m s 采集一次钢坯瞬间速度， 经过单位换算处理 ， 放入 MD 3 2 0 。通过累加将结果 放人 MD 3 2 8 当达到设定的定尺长度时 ， M5 0 ． 3接通 发出报警信号， 同时便把 M D 3 2 8 赋予 0 ， 重新计算 下一根。 2 0 1 3 年第 8 期 总 第 1 6 2朔 冶 金 动 力 ME T A U U R G I C A L P 0WE R 7 5 但是 在实际应用中， 由于 电机转差率 以及减速 机速 比的离散性， 实际定尺长度 s i 与 还是有一定 差距的．因此在编制 P L C程序时需要对定尺系统行 修正， 即 L s j K L 其 中 ￡ s 铸坯实际长度； L 铸坯理论长度 修正系数。 对于其中的修正系数 的取值是整个系统能 否正常工作的关键。由于 K L s j ／ L ． 因此可 以通过实 测法在生产现场测出每个流的 K值 。 4 ． 1程序设计原理 因篇幅所限， 逻辑图与指令略。 1 0 ms 采集一次 数据 ， 计算出速度的当前值 ， 并存入 MD 3 2 0里。 当有剪切信号时， 将 0传给 MD 3 2 8 。 将速度值进行累加 ，并乘 以修正系数存人 MD3 24。 将定尺设定值存人 D B 1 0 ． D B D 1 0 4 ，当累加值 M D 3 2 4大于设定值时， M 5 0 。3接通由于是做报警使 用 ， 使设定长度大于定尺实际长度 ， 因此在 自动定尺 仪正常情况下 M5 0 。 3始终不会接通 。 4 ． 2 数据验证 在投入使用初期， 我们将剪切信号与钢坯长度 到达设定值的信号放人 Wi n c e 画面做监控， 跟踪三 个月来， 数据差距几乎没有 ， 说明了模拟编码器定尺 控制还是比较准确的， 误差可以控制在 3 c m以内。 5 结束 语 本模拟编码器为连铸机 自动定尺添加的自动报 警 ， 是对定尺切割系统的技术改进 ， 杜绝了铸坯过长 浪费或堵死整流造成生产故障， 铸坯过短产生废坯。 并在非接触式自动定尺系统出现故障的情况下， 起 到了候补的作用。通过长期跟踪 ， 达到了尺寸精度 较高、 检测快速准确、 抗干扰能力强、 系统运行稳定 以及近于零维护的目的， 为全连铸生产起到了强有 力的保障作用； 基本克服了非接触式定尺切割投资 大、 对铸坯温度、 现场环境要求高的缺点。 【 参 考 文 献】 【 1 】 廖常初主编． s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C应用技术【 M 】 ． 北京 机械工业出版社． 2 o0 8 ． 收稿 日期 2 0 1 3 0 2 2 1 作者简介 周志敏 1 9 7 9 一 ， 女， 大学本科， 助理工程师， 现从事电气 技术工作 。 上接第 7 2页 如马钢的多条连轧生产线 ， 解 决了引进的摆动式成本剪等控制难题。工程实践表 明，运用此种运动控制理论设计的飞剪控制系统可 以完成高速板带、 棒材、 线材等生产线对飞剪高精度 剪切的要求， 为轧线提供良好头尾形状， 大大提高成 品部分剪切速度和成材率。 [ 参 考 文 献1 [ 1 ] Mo d e l i n g a n d Hi 曲 一 P e rf o r ma n c e C o n t r o l o f E l e c t r i c Ma c h i n e s , J O HN C H I A S S O N，I E E E S e r i e s o n P o w e r E n g i n e e r i n g ,2 0 0 4 【 2 ] E l e c t r i c Ma c h i n e r y S i x t h E d i t i o n ，P u b l i s h e d b y Mc G r a w- H i l l , 2 0 0 3 【 3 ] P o w e r E l e c t r o n i c s a n d Mo t o r D r i v e s ,E l s e v i e r I n c ，2 0 0 6 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 4 1 0 作者简介 宋明 1 9 6 8 一 ， 男。 大专学历． 工程师， 现主要从事自动化 系统集成工作。