激光測(cè)距在連鑄機(jī)鋼坯精確測(cè)量系統(tǒng)上的應(yīng)用

(永鋼集團(tuán) 江蘇 張家港 215600)

一、緒論

隨著煉鋼工藝的改善和自動(dòng)化水平的提高,更多的實(shí)現(xiàn)了操作現(xiàn)場(chǎng)無人化、制作流程自動(dòng)化。企業(yè)的效益從降低勞動(dòng)成本和提高工作效率兩方面入手。而本設(shè)計(jì)主要適用于煉鋼連鑄機(jī)成品熱鋼坯測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。具體是在撈鋼機(jī)或移鋼機(jī)將鋼坯送上冷床入口后，對(duì)此時(shí)的鋼坯進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量，數(shù)據(jù)采集。同時(shí)還可以利用測(cè)量數(shù)據(jù)判斷火切機(jī)定尺是否準(zhǔn)確。

二、測(cè)量系統(tǒng)工作原理

(一)激光測(cè)距的工作原理

激光測(cè)距儀，也叫激光測(cè)距，是一種利用激光對(duì)被測(cè)物體的位置距離進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定的儀器。激光測(cè)距向目標(biāo)物體發(fā)射出一束非常細(xì)的激光，由內(nèi)部光電元件接收目標(biāo)所反射的激光束，計(jì)時(shí)器來測(cè)定激光束從發(fā)射到接收所用的時(shí)間，從而計(jì)算出從觀測(cè)者到目標(biāo)的距離。激光測(cè)距是光波測(cè)距中測(cè)距方式的一種，如果光以速度c速度在空氣中傳播在A、B兩點(diǎn)間往返一次所用的為t，則A、B兩點(diǎn)間距離D可用下面這個(gè)公式表示：D=ct/2 式中D為測(cè)站點(diǎn)A、B兩點(diǎn)間距離，c為速度，T為光往返A(chǔ)、B一次所需的時(shí)間。

(二)PLC sm331模擬量輸入模塊基本結(jié)構(gòu)和工作原理

模擬量輸入模塊用于將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)，其主要的組成部分是A/D轉(zhuǎn)換器，模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)一般是模擬量變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電壓、直流電流信號(hào)。

測(cè)量范圍的選擇：可以分別對(duì)模塊的每一個(gè)通道選擇允許的任意量程，模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字成為模擬值，模擬值用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼(整數(shù))來表示，最高位(第15位)為符號(hào)位，正數(shù)符號(hào)位為0，負(fù)數(shù)符號(hào)位為1。模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)值的位數(shù)(即轉(zhuǎn)換精度)可以設(shè)置為9～16位(與模塊的型號(hào)和組態(tài)有關(guān))，如果小于16位(包括符號(hào)位)，則轉(zhuǎn)換值被自動(dòng)左移，使其最高位(符號(hào)位)在16位字的最高位，模擬量左移后低端空出來的位則填入0。這種處理方法稱為“左對(duì)齊”，設(shè)模擬值的精度為12位加符號(hào)位，左移三位后未使用的低三位(0-2)，相當(dāng)于實(shí)際的模擬值被乘以8。則單極性的上下限(100%和0%)分別對(duì)應(yīng)于27648和0。

三、工作流程

(一)PLC對(duì)長(zhǎng)度信號(hào)的采集

激光測(cè)距儀1測(cè)得距鋼坯距離d1，激光測(cè)距儀2測(cè)得距鋼坯距離d2，測(cè)得激光測(cè)距儀1與激光測(cè)距儀2之間距離為D，可計(jì)算出鋼坯長(zhǎng)度: l=D -(d1+d2)。激光測(cè)距將采集到的信號(hào)以4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)傳送入西門子300PLC的模擬量輸入模塊，系統(tǒng)對(duì)采集到的距離信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算，得出鋼坯的長(zhǎng)度值。

(二)系統(tǒng)運(yùn)算

系統(tǒng)PLC對(duì)采集到的信號(hào)按照上面的公式進(jìn)行減法運(yùn)算，得出運(yùn)算結(jié)果。為了讓采集的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，在原來運(yùn)算的基礎(chǔ)上，增加了防抖動(dòng)程序。所謂防抖動(dòng)，就是當(dāng)被測(cè)對(duì)象因?yàn)檎饎?dòng)或者其他外界因素導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果有波動(dòng)。這時(shí)就調(diào)用PLC的OB35組織塊，該組織塊的默認(rèn)掃描周期為100ms.也就是一秒鐘會(huì)采集10次，再將10次的結(jié)果疊加起來取平均值。這就是我們精準(zhǔn)測(cè)量中所用到的多次測(cè)量、求平均值的方法來提高測(cè)量的精度。

(三)數(shù)據(jù)的顯示及共享

將PLC所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理優(yōu)化后，在HMI電腦上顯示各流鋼坯長(zhǎng)度與鋼坯編碼信息。再將鋼坯長(zhǎng)度與鋼坯編碼信息再次優(yōu)化，送入二級(jí)系統(tǒng)，做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)記錄并生成報(bào)表。當(dāng)激光測(cè)距儀測(cè)量長(zhǎng)度與火切機(jī)實(shí)際定尺長(zhǎng)度偏差20mm時(shí)，編寫判斷程序，觸發(fā)HMI畫面報(bào)警。通知操作人員檢測(cè)定尺長(zhǎng)度并做相應(yīng)修改。這樣整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)就構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。完美的填補(bǔ)了鋼坯測(cè)量方面的技術(shù)空白。

四、新測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)

(一)新測(cè)量方法帶來的效益

鋼坯測(cè)量誤差從人工測(cè)量的±40mm減少到±10mm，提高了鋼坯測(cè)量的精度。非接觸式的測(cè)量方式，不需要操作人員貼近熱坯測(cè)量，只需要在HMI界面進(jìn)行設(shè)定相應(yīng)長(zhǎng)度，并根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。不但降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且操作起來更加安全可靠。降低了安全事故發(fā)生率，同時(shí)也提高了工作效率。

(二)能夠?yàn)樯a(chǎn)管理人員提供產(chǎn)品質(zhì)量管理和成本管理的數(shù)據(jù)依據(jù)

隨著企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐加快，企業(yè)和分廠對(duì)連鑄生產(chǎn)鋼坯的質(zhì)量管理要求越來越高。連鑄生產(chǎn)的鋼坯過長(zhǎng)或者過短都會(huì)給下一道工序正常生產(chǎn)不良影響。鋼坯復(fù)測(cè)投入使用后，可以保證鋼坯長(zhǎng)度在工藝允許誤差范圍內(nèi)。

(三)降低安全事故發(fā)生率，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

鋼坯復(fù)測(cè)設(shè)備投入使用后，操作人員不需要直接測(cè)量熱鋼坯的長(zhǎng)度，從源頭上杜絕了操作人員因測(cè)量鋼坯而被燙傷的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)在降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率方面效果顯著。

五、新測(cè)量方法應(yīng)用成果對(duì)比分析

新測(cè)量系統(tǒng)投入運(yùn)行以后，鋼坯測(cè)量誤差從人工測(cè)量的±40mm減少到±10mm，提高了鋼坯測(cè)量的精度。非接觸式的測(cè)量方式，不需要操作人員貼近熱坯測(cè)量，只需要在HMI界面進(jìn)行設(shè)定相應(yīng)長(zhǎng)度，并根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。不但降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且操作起來更加安全可靠。降低了安全事故發(fā)生率，同時(shí)也提高了工作效率。

結(jié)束語

新測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)投用解決了連鑄生產(chǎn)沒有有效的鋼坯二次測(cè)量方法給安全生產(chǎn)帶來的一系列影響。系統(tǒng)投入使用后，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，改造后使用效果明顯。此外，本改造對(duì)于生產(chǎn)成本控制、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控和人員操作安全都起到了積極的作用。