包鋼寬厚板坯定尺長度測量系統開發與應用

陳儒峰++++韓基偉

摘 要：在板坯連鑄機的生產過程中，需用切割機將鑄坯按照計劃定尺長度進行切割， 鑄坯定尺大于設定定尺會導致浪費，鑄坯定尺小于設定定尺則會導致廢品，即使是誤差允許范圍內的鑄坯，誤差越小則生產成本越低，因此鑄坯的定尺測量系統的精確度直接關系著生產線的生產成本。

關鍵詞：板坯連鑄機；定尺長度；測量系統

0 引言

在連鑄生產線上，《連續鑄鋼板坯》行業標準YB/T2012-2004要求板坯的切割誤差為80mm。但是，鋼鐵行業目前面臨著前所未有的困難和挑戰，在鋼鐵微利時代，企業只有通過低成本運行和高利潤增效才能在市場競爭中生存。因此，包鋼寬厚板生產線通過自身挖潛，開發新定尺長度測量系統，提高測量精度，以此來實現減耗增效的目標。

1 定尺測量使用現狀

目前使用的定尺檢測裝置分為兩大類：以編碼器為基礎的定尺系統和以攝像機為基礎的攝像定尺。

使用編碼器為基礎的定尺裝置是將脈沖編碼器與拉矯輥相連接，拉矯輥隨鑄坯運動而轉動，脈沖編碼器根據拉矯輥的轉動計算鑄坯長度。由于編碼器與拉矯輥連接，通過拉矯輥的轉動計算鑄坯的長度，輥子長期和高溫鑄坯接觸摩擦導致輥子磨損，輥子受到磨損后會影響碼盤的精度，降低定尺準確率。因此輥子需要定期更換，這就增加了維護費用。如果編碼器通過中間設備如聯接軸、減速箱等聯接到拉矯輥上，則中間設備的增加又必然增加系統的誤差。

使用攝像定尺時需將攝像機架設在高處，根據紅外熱成像技術在高處通過定位坯頭的位置來定位鑄坯的長度。攝像機有視角范圍，當定尺長度超出攝像機的視角范圍時，則無法進行定尺測量，只能通過增加攝像機數量和提高攝像機高度來解決這個問題。但增加攝像機無疑會增加成本，提高攝像機高度則會降低定尺精度。

2 包鋼寬厚板坯定尺測量系統組成

針對目前沒有精確控制鑄坯切割長度并且以低成本穩定運行的定尺裝置這一問題，對原有動態輕壓下控制系統進行研究吸收并進一步改進，使其滿足現代化生產的需要，開發出了一種鑄坯激光測距定尺設備。從而提高鑄坯切割的精確度，降低了設備運行成本。

包鋼寬厚板坯定尺測量系統主要由激光測距儀，橫移小車，拉繩編碼器，數據處理模塊，計數模塊，通信模塊，CPU，上位機組成，其系統結構如圖1所示。

3 定尺測量裝置組成

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

4 定尺測量系統工作原理

CPU通過通信模塊同上位機通信，計劃定尺長度按照生產合同通過上位機生成并發送至CPU，CPU依定尺長度控制橫移小車，小車根據拉繩編碼器的測量值移動到預切割位置，激光測距儀檢測鑄坯頭部的實際位置值，并將位置值通過電纜傳送至數據處理模塊中，在鑄坯頭部剛好到達預切割位置時PLC發出預切割命令。

拉繩編碼器通過電纜與PLC的計數模塊相連接，計數模塊采用西門子SM338模塊，計數模塊對拉繩編碼器的電脈沖信號進行處理并將處理后的位置值發送給CPU，其中1個脈沖信號對應0.02mm，橫移小車的位置值=脈沖數×0.02mm。

切割槍的位置為橫移小車的零點位置，切割機切割位置等于橫移小車的設定位置；預切割位置等于橫移小車預切割設定位置減去預切割距離，其中預切割距離可由操作人員在上位機中進行設定。

隨后橫移小車移動到切割位置，在鑄坯頭部剛好到達切割位置時PLC發出切割命令。

鑄坯未到位的情況下，激光測距儀的測量值等于擋板到激光測距儀的距離k1，當鑄坯到位后，激光測距儀的測量值等于鑄坯到激光測距儀的距離k2。當激光測距儀的測量值由k1變為k2的一瞬間即為鑄坯到位時刻。

激光測距儀通過電纜與數據處理模塊相連接，數據處理模塊采用模擬量輸入模塊，數據處理模塊將激光測距儀的電信號轉換成脈沖信號后發送給CPU，其中4～20mA對應0～150米，模塊對于低于4mA的數據按0米處理，高于20mA的數據按150米處理，k1和k2均小于150m。

PLC接收上位機發出的定尺長度，根據定尺長度控制橫移小車移動到預切割位置和切割位置。

激光測距儀檢測到坯頭的一瞬間PLC發出預切割命令，切割開始執行預切割動作。隨后PLC根據拉繩編碼器控制橫移小車移動到切割位置，當激光測距儀在切割位置檢測到的坯頭的一瞬間，PLC發出切割命令控制切割機開始切割。

由于PLC的掃描周期為10ms，所以激光測距儀的數據傳輸延時導致的誤差可以忽略不計。

5 結束語

鑄坯定尺的控制精度是鑄機生產線的一個重要工藝指標，直接影響生產線的成本。包鋼寬厚板鑄機生產線的定尺長度檢測系統自投用以來，運行正常，滿足了鑄機對鑄坯長度的控制要求，穩定了產線的生產成本。