计算机控制系统在钢坯自动定位的作用

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摘要:为提高加热炉区的计算机控制系统自动化程度，利用现有的设备完成了自动定位，实现了节能降耗，降低了操作人员劳动强度，提高了设备利用率和产量。

关键词:计算机控制系统；自动定位；实时速度

1引言

本加热炉计算机控制系统主要用来对加热过程进行实时监控和控制。实现采集过程变量和系统状态，进行数据处理、逻辑判断、闭环控制信号计算，输出系统状态、动作命令、控制信号及监控画面等功能。上位机软件采用德国SIEMENS公司的编程软件WinCC实现。WinCC能为工业领域提供完备的监控与数据采集（SCADA）功能，涵盖单用户系统直到支持冗余服务器和远程Web服务器解决方案的多用户系统。SIMATICWinCC是公司垂直集成交换信息的基础，具有良好的开放性和灵活性，它采用了工厂智能化助力用户更大程度的实现生产过程透明化，它是机器和用户之间的桥梁。

2系统概况

随着热轧厂生产的顺利进行，产量不断提高，板坯的定位问题日益凸显出来，主要表现在以下3个方面:1）板坯的手动定位必须要2个人操作定位速度也比较慢，不利于生产的高速运行。板坯在手动定位时，必须要1个人在操作台上操作，1个人在现场观察板坯的位置，最终达到该板坯的预定位置。2）板坯的手动定位不精确。板坯在手动定位时，只能对已知长度的，并且是常用的板坯进行定位，对不常用的板坯或异常板坯无法定位。而且这种定位依靠的是操作人员的眼睛和工作经验，定位方式受操作人员的随意性影响比较大，而且不能根据板坯布料图进行精确定位。3）板坯的手动定位不能做到节能降耗。板坯在手动定位时，需要不断调整板坯位置，要不断调整辊道前进和后退，在操作过程中，辊道不断地启动和停止，每只板坯需增加辊道电机启动次数3~4次，消耗大量的电能，不符合当前的节能降耗理念。而且调整辊道时，变频器不断地启动电机，使电机产生大量的热量，不利于传动装置和电机的长期使用。而且在操作过程中，不断切换，降低了设备的使用寿命。目前，板坯自动定位面临的问题如下:1）没有专门的实时测速设备测量板坯的运行速度，只有一个分辨率为500的编码器。而且传动的反馈速度不准确，造成该速度不能成为积分运算的基础，也就不能以积分实现板坯的定位，实测数据如图1所示。说明:图1的纵坐标为速度m/s；横坐标为试验次数；V1是传动实时反馈的速度；V2是入炉辊道空转时5s的平均速度；V3是入炉辊道带负载时5s的平均速度。随意拿到前后连续5s支板坯的速度来进行比较。由图1可以直观地看到，V1虽然是传动实时反馈的速度，但因为传动不处于速度闭环状态，一次该速度只能作为参考，不能进行积分运算来定位。V2和V3是通过入炉辊道的第一个辊子上的分辨率为500的编码器测得的在5s的平均速度，因为是平均速度，所以，也不能在积分运算中进行定位。由此得出，要进行的定位不能使用积分运算。2）也可以由图1看到，有板坯时的速度V3要略小于无板坯时的速度V2，因此，有板坯时的速度V3更接近板坯的运行速度。所以，用入炉辊道的码盘脉冲数来确定板坯的位置的方法也是不准确的。因为板坯在定位过程中，从定位开始到定位结束入炉，辊道的第一个辊子不是一直处于带负载的状态，在定位结束前入炉辊道的第一个辊子有时处于空载状态。因此，用码盘脉冲数确定板坯的位置不准确。3）板坯的布料决定了不同长度板坯有不同位置，而且这个位置也有靠左靠右之分，因此在板坯定位时，要针对不同的板坯个体定位。不同区间的板坯有不同定位位置，这也是手动定位所难以企及的重要一点。板坯布料图关系到炉内动梁和静梁的使用寿命。所以，板坯布料图对加热炉非常重要。如7100~7200mm的板坯，当靠北定位时，板坯的南端距离南侧的距离d=4750mm；靠南定位时，板坯的北端距离北侧炉墙的距离d=4750mm。

3实施方案

3.1模型选择。由于不能得到板坯的实时速度，所以，排除采用速度积分的方法确定板坯的位置。只能用平均速度V3计算板坯的具体位置。公式为:L=V3t1+a式中:L———板坯尾部距冷检激光的距离；V3———入炉辊道带负载时5s的平均速度；t1———板坯尾部离开冷检激光到定位位置时间；a———辊道降速到零过程中板坯滑行距离。为了减小板坯停止过程的滑行距离，对入炉辊道的传动装置做以下修改:首先，降低斜坡函数发生器减速时间从100%~0%，减速时间的单位为s；其次，在降速到0%时，装置不撤使能，这样可以有效减小板坯停止过程中由与惯性造成的滑行距离，使板坯所停位置更加精确。3.2模型计算。板坯滑行距离a是经过多次实地测量得出的一个平均值；L可通过板坯布料图、炉墙与入料炉门冷检距离、板坯长度等已知量可以计算得到；V3为板坯头部过冷检时前5s的平均速度，同时，也保证了该速度是带负载时的平均速度；t1是板坯的尾部过入料炉门冷检激光后的运行时间。计算t1的公式如下:t1=（L-a）/V3下面以7100~7200mm的板坯举例说明板坯定位位置的计算。3.2.1靠北定位理论定位距离等于板坯的南端距南侧炉墙内侧的垂直距离与冷检激光到炉体南墙内侧的垂直距离之和:L=d+1270板坯的南端距离南侧炉墙内壁的垂直距离d=4750mmd=4750t1=（6020-a）/V3.2.2靠南定位理论定位距离等于炉膛长度-板坯的北端距离北侧炉墙内壁的距离-板坯的长度+冷检激光到炉体南墙内侧的距离L=12600-d-D+1270板坯的北端距离北侧炉墙内壁的距离d=4750mmd=4750t1=(7850-D-a)/V3模型计算的原理简单的描述就是根据板坯的宽度来确定入炉辊道的停止时间3.3应用V3平均速度的可行性。用V3平均速度定位应用原理:1）从数学模型上来说，这是一种比较简单的计算方法，应用方便，计算量小，虽然设备具有局限性，由于装置没有形成速度闭环状态，所以，也唯一的办法；2）V3的实测平均速度与实际速度相符。入炉辊道前，冷检检测到钢坯A6辊道有钢坯后，A6辊道速度设定和入炉辊道（B1和B2辊道）速度设定相同。入炉辊道前，冷检和入料炉门前冷检有4m的距离，当板坯运行到入料炉门前冷检时，速度已经降到和入炉辊道相同的速度。所以，V3的实测平均速度与实际速度相符。

4结语

计算机控制系统通过自动定位的实现，不仅降低了操作工的劳动强度，也提高了设备的利用率。使用自动定位后，定位位置较手动定位更准确，缩短了定位耗费的时间，避免了划伤炉梁，提高了加热炉的使用寿命。同时，自动定位也降低了耗电量，降低了每只板坯的定位成本。为满负荷生产打下良好基础。

作者:金剑峰 何春利 余小娟 单位:上海麦特莱吉冶金设备集团有限公司