宽厚板连铸机控制系统适应性改造

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作者：李克浏览量：735

   莱钢宽厚板连铸机是由奥钢联设计的一机一流直弧形板坯连铸机，主要生产断面厚度200mm、250mm、300mm，宽度1500～2500mm的板坯，其控制系统采用多项先进技术，装备水平达世界先进。该连铸机自2008年投产以来，已经批量生产了各种规格的产品，完成了多项新钢种的开发任务。为了进一步增强连铸机的稳定性和高效性，取得更好的经济效益，从多个方面对连铸机控制系统进行适应性改造。
1存在的主要问题
   （1）大包称重系统稳定性差。宽厚板连铸机大包称重系统采用西门子专用称重模块对信号进行处理[1]。在生产过程中，行车将装满钢水的大包放置到大包臂时，常会对称重传感器产生较大的冲击力，严重影响称重系统数据测量的稳定性和准确性。另外，由于西门子专用称重模板抗干扰能力较差，数据处理常出现故障。当大包称重系统测量值出现错误后，连铸二级系统无法采集到正确的钢水重量，导致钢包炉次信息错误，造成铸坯喷号、定尺长度等信息紊乱，使得整条生产线数据链出现严重错误，铸坯热送更是无法进行。
   （2）二次切割车回到原位时定位不准，出现较大误差。该宽厚板连铸机具有二次切割系统，可以将一次切割完成后的母坯进行三分切割。二次切割系统中有两个火焰切割机，切割车的行走定位依靠安装在车体上的位置编码器实现。虽然编码器本身计数精确度高，但当两个切割车分别回到原位时，需要利用限位对编码器计数进行清零，由于惯性的原因，切割车在回到起始位，挡板触发原位限位时，切割车并不能立刻停止运动，这样就出现程序中记录切割车位置为零，实际并未停在零位的状况，并且每次停止偏差有大有小，并不规律。经过测算，上述现象将使每个切割车产生最大约10mm的误差。
   （3）铸坯喷号机故障率高。连铸机采用的是电弧式喷号机[2]，设备自身原因造成的如电机过载频繁跳电、喷嘴易被阻塞、相关限位频繁损坏等故障占总故障的2/3。另外，由于喷号机频繁故障，设备主机不能及时回至原位，喷号区域内辊道被锁定，无法及时将铸坯移走，使铸坯跟踪信息出错，造成所喷号码错误。对于没有喷印信息或喷印信息错误的铸坯，进入后部工序前，必须要由相关人员落实铸坯信息，核对铸坯长度、重量、钢种、规格等多种数据，从而增加了操作人员的劳动强度，降低了生产效率。
   （4）子坯切后长度确认困难。当二切完成子坯切割后，需要对部分规格的铸坯进行人工在线测长，从而获知定尺系统是否准确、切割误差是否在规定范围内，进而对一、二切定尺系统进行修正。通常在进行在线测长时，有两名操作工等待在打号机辊道附近，当子坯去完毛刺并打完号后，铸坯会暂停在辊道上，两名操作工一起手持专用测量杆，紧贴在热坯旁，然后在测量杆上做上坯长标记，之后使用钢卷尺测量刚刚所做的长度标记，此测量长度即为热坯长度。使用此方法测量热坯长度，操作人员受高温辐射严重，劳动强度很大。另外，人工做标记及钢卷尺测量容易产生误差，降低了数据的准确性。
2控制系统改造
2.1对称重系统的改造
    2.1.1对称重传感器重新选型，装满钢水的钢包由行车运送至大包回转台并落放时，称重传感器要承受较大的冲击力，但4个传感器很难保证可以同时受力，经常会出现某一个传感器先受到很大冲击力的情况。一个钢水包重量通常为200多吨，现有的称重传感器量程为100t的传感器，落钢包的一瞬间产生的冲击力很有可能大于100t的量程，会严重损害大包传感器，而且重量信号会出现突然波动，大大降低称量的准确度，更严重的是会缩短传感器的寿命。
   因此，决定改用量程为150t的称重传感器，可以承受钢包下落时的瞬间压力，提高传感器使用寿命。同时，新型号的传感器测量精度较老型号有较大提高。
   2.1.2新增称重信号处理冗余装置，连铸大包回转台有两个大包臂，每个大包臂上有4个称重传感器，分别引出4组信号线，接入信号处理盒中，盒中电路对4组信号进行处理，信号通过引出一组总信号线进入PLC称重模板进行最终处理。总信号线共4条线，一对是为传感器提供电源，另一对是反馈回来的毫伏电压信号。电压信号反映了重量的大小，与负载实际重量呈线性关系。两个大包臂的总信号分别接入两个称重模块。
   在称重模板远程柜旁，新增一套称重仪表装置，可实现数据采集的冗余。在PLC远程站中，加入4只带常开和常闭触点的继电器，每两只分为一组，分别对应A、B两个大包臂。分别将称重模板和称重仪表的传感器电源信号线和传感器反馈信号线接到继电器的常开、常闭触点，利用继电器分组导通实现两套设备与称重传感器的连接切换。称重仪表将传回的毫伏电压信号处理后，再转为4～20mA的电流信号，将其引入到AI模板中，就可以在程序中使用，并显示在HMI上。备用承重系统操作画面如图所示，点击“备用大包称重系统数值”按钮，就可以轻松实现称重数据采集的切换，有效降低称重模板故障带来的影响。

图1 备用称重系统操作画面
2.2使用激光测距仪减少二切误差，宽厚板连铸机二次切割系统采用非接触式红外定尺技术来进行板坯切割，在使用初期，发现该定尺系统有很多不完善的地方。在对红外定尺进行铸坯上沿检测改为下沿检测、摄像机冷却改造及定尺标定方式优化等软硬件改造后[3]，铸坯切割精度控制在0~50mm误差范围内。由于红外定尺系统原理上的局限性，切割车回原位的10mm行走误差无法解决，因此决定采用激光测距仪来解决此问题。
   新增加两个激光测距仪，分别安装在切割车原位附近的支架上，并在每个切割车的合适位置安装一块激光反射挡板。激光测距仪采用24V电压供电，利用RS-485接口和4～20mA模拟量输出接口将测得的距离值分别传送到红外定尺主机和二切PLC系统中，实现红外定尺系统与切割车行走位移控制的结合。由于采用激光测距，每次大车回到原位触发限位时都不需要清零处理，切割车在原位的实际距离将被记录下来。最终两个切割车在原位的停止误差被控制在2mm以内。
经统计，切割车原位误差被大大降低后，误差在0~30mm内的二切子坯合格率由81%提升到93%，0~20mm范围内的合格率由43%提升到了56%，产生的废坯数量大大减小，带来了可观的经济效益。
2.3对铸坯喷号系统进行二次开发放弃原有故障率很高的喷号机，制作手动喷号机机架及喷号牌，配置喷壶、压缩空气、喷涂料及导轨小车，并设计安装冲洗装置对喷号牌进行冲洗。另外通过修改自控系统程序，实现了二级系统自动数据传输，大大降低了坯号出错概率。
   铸坯由输送辊道系统送至手动喷号机位，铸坯检测系统发送“铸坯到位”信号至二级系统，二级系统根据铸坯跟踪信息将正确的铸坯号码送至现场HMI操作界面，操作人员根据显示的喷印号码进行人工喷印，喷印完成后点击“喷印结束”按钮，喷印号码则经二级系统传送给MES系统，完成整个铸坯喷印流程。

   设计开发的手动喷号系统，不但操作简单、用时少、效率高，而且免维护、零故障，较原来的喷号系统稳定、效率高、成本低，年节省设备成本400余万元。
2.4新增在线板坯长度测量系统该系统安装于二次切割机后、垛板台前的辊道区域，目的是在钢坯运送过程中对钢坯长度进行在线测量，并将测得的钢坯长度与定尺长度相比较。如果在线测得的子坯长度误差超出允许范围，该系统可通过网络通信将钢坯实测长度数据实时传送给二切定尺主机，二切摄像定尺系统可根据实测长度与定尺长度的偏差进行报警，提醒主控室操作人员及时对二切定尺进行修正。
    系统每次完成对钢坯长度的测量后，钢坯相关数据（定尺长度、实测长度、测量时间、测量图像等）将存入数据库中。该系统提供灵活的查询界面，可对测量记录进行查询和统计。在线板坯长度测量系统投用后，每支在线测量出的子坯长度误差可控制在10mm以内，满足反馈给二切系统的数据要求，在及时发现二切误差、修正二切切割参数、提高子坯切割质量等方面起到了很大的作用。
3结语
   连铸机控制系统的适应性改造完成后，现场设备使用良好，降低了铸机故障率，减少了生产成本，提高了铸机整体的控制能力和水平，提升了产品的产能和质量，取得了显著的经济效益。
收稿日期2013-9-2
参考文献
[1] 季男,孙军红.称重系统数据采集的几种方法[J],。本钢技术，2009，(02)
[2] 陆洪周,鲁清远,罗燕等.喷号机的研制与应用[J]。连铸. 2008，(04)
[3] 董跃华,李凤巧,蔡森，等.摄像定尺系统在莱钢连铸机中的应用[J]信息技术与信息化，2012，(02)

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