熱軋卷塔形自動識別系統(tǒng)應(yīng)用實踐

崔亞鋒，趙國明，張成斌

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司熱軋部，遼寧營口 115007）

0 引言

熱軋生產(chǎn)線的鋼卷由于張力控制、卷取機側(cè)導(dǎo)板與帶鋼之間的間隙大、卷筒擴張不到位等原因，導(dǎo)致鋼卷邊沿不整齊，超過最小許可值，其主要表現(xiàn)是帶鋼的邊沿在鋼卷兩側(cè)沒有對齊，或者鋼卷卷芯呈塔形，導(dǎo)致鋼卷在調(diào)運、后續(xù)加工過程中產(chǎn)生質(zhì)量問題[1]。當(dāng)前熱軋成品塔形判斷主要靠質(zhì)檢人員根據(jù)工藝標準人工識別完成，識別作業(yè)區(qū)域需靠近成品鋼卷，所在環(huán)境油污大、溫度高，存在掉卷傷人風(fēng)險，不利于安全生產(chǎn)。同時由于工作區(qū)域高溫、工作強度大，識別過程中受人為主觀因素影響，現(xiàn)場普遍存在識別失誤的情況，容易因反復(fù)吊運造成吊破切損。現(xiàn)有識別措施易出現(xiàn)安全隱患和質(zhì)量事故，如能實現(xiàn)塔形自動識別功能，可以由當(dāng)前的人工確認塔形和操作封鎖轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人智能化判斷與控制，識別準確度高，能大幅度降低勞動強度，避免人工識別塔形過程中的安全風(fēng)險；監(jiān)控每個鋼卷的塔形，為產(chǎn)品后續(xù)加工提供塔形數(shù)據(jù)，以提高產(chǎn)量質(zhì)量、減少廢鋼，有必要在鋼卷下線后對鋼卷塔形形狀進行檢測。

1 塔形自動識別系統(tǒng)綜述

1.1 設(shè)計思路

用高精度激光測距儀測量測距儀與鋼卷一側(cè)的距離，通過激光測距儀的移動掃描測量鋼卷固定參考值之間的距離差（圖1）。由PLC 控制測距儀測量值并計算鋼卷內(nèi)外直徑和塔形，通過對數(shù)據(jù)的集成分析得出實際塔形狀況，并將鋼卷信息上傳到熱軋線一、二、三級自動化系統(tǒng)。依據(jù)既定判據(jù)，熱軋操作可以將已判定封鎖的鋼卷進行處理，從而實現(xiàn)無人智能檢測塔形[2]。

圖1 塔形自動識別系統(tǒng)思路框架

1.2 工作原理

通過掃描半徑得出鋼卷半徑上的塔形數(shù)據(jù)，對于鞍鋼熱軋1580 生產(chǎn)線，鋼卷最大直徑2150 mm，分辨帶鋼厚度為1.0 mm（圖2）。塔形高度：

圖2 塔形自動識別系統(tǒng)原理

式中 Y——塔形的高度，m

L——激光測距儀到鋼卷中心線的距離，m，為固定值

W——鋼卷寬度，m，由二級系統(tǒng)下發(fā)

S——激光測距儀檢測距離，m

2 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由塔形測量系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)、塔形分析系統(tǒng)三部分構(gòu)成：塔形測量系統(tǒng)位于運輸鏈提升機鞍座處，是數(shù)據(jù)采集和命令執(zhí)行機構(gòu)；PLC 控制系統(tǒng)主要控制伺服電機走行，該系統(tǒng)和塔形分析系統(tǒng)均放置于電氣室內(nèi)，利用交換機接入現(xiàn)場一級自動化控制系統(tǒng)，經(jīng)由現(xiàn)有二級控制系統(tǒng)通信和三級系統(tǒng)建立通信（圖3）。

圖3 塔形自動識別系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 塔形測量系統(tǒng)

測量系統(tǒng)安裝在卷取機后的運輸系統(tǒng)1#步進梁固定鞍座處，由測量裝置和電氣控制柜組成。測量裝置由移動裝置和激光測距儀組成。激光測距儀采用非接觸三角測量激光距離檢測器，檢測目標耐高溫，檢測精度高，在有效檢測范圍內(nèi)，能檢測1.0 mm及以上的鋼板，檢測距離精度±1 mm。

測距儀采用非接觸式三角激光測量：測量時傳感器發(fā)出一束激光射到被測物表面上，光點通過鏡片成像到圖像傳感器（CCD）上（圖4、圖5）。

圖4 非接觸三角激光測距原理

圖5 掃描演示

2.2 塔形PLC 控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于電機控制和檢測信號采集，并負責(zé)與一級PLC（上位機）通信等。PLC 采用西門子S7-300 系列，通過以太網(wǎng)同熱軋線一級自動化系統(tǒng)通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取和控制。S7-300是德國西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器（PLC）系列產(chǎn)品之一，該系統(tǒng)具有通用性強、模塊化結(jié)構(gòu)、性價比高、電磁兼容性強、抗振動沖擊性能好的優(yōu)勢。系統(tǒng)通過一套SINAMICS S120 小型變頻器控制伺服電機，能夠滿足系統(tǒng)精確控制、響應(yīng)速度快的需求。

2.3 塔形分析系統(tǒng)

由一臺PC 工業(yè)電腦通過以太網(wǎng)與塔形PLC 控制系統(tǒng)連接，塔形PLC 控制系統(tǒng)將檢測的鋼卷塔形數(shù)據(jù)發(fā)送給塔形分析系統(tǒng)進行曲線分析和統(tǒng)計，以便判定鋼卷的質(zhì)量。

塔形分析系統(tǒng)通過現(xiàn)場一級自動化系統(tǒng)獲得來自二級過程自動化系統(tǒng)的鋼卷號、卷徑、寬度、厚度等信息，并依據(jù)用戶設(shè)定進行計算并反饋該鋼卷的塔形判定結(jié)果，傳送到現(xiàn)場一級自動化系統(tǒng)，合格鋼卷進入精整工序，可矯正鋼卷傳送到拍打器進行塔形矯正。而封鎖鋼卷則經(jīng)由二級傳輸?shù)饺塎ES（Manufacturing Execution System，制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)），進行鋼卷封鎖處理。在塔形分析系統(tǒng)工控機上，檢測數(shù)據(jù)可以長期保留，便于日后查詢。該系統(tǒng)配置HMI（Human Machine Interface，人機接口）可編輯界面，方便直觀（圖6）。

圖6 塔形分析系統(tǒng)界面

3 控制功能設(shè)計

移動測距儀自基準點（鞍座基礎(chǔ)中心）開始掃描，通過三角測距原理對鋼卷一側(cè)進行測量?？刂葡到y(tǒng)將測量結(jié)果進行計算分析，形成鋼卷塔形數(shù)據(jù)。結(jié)合軋線計算機系統(tǒng)向塔形檢測系統(tǒng)下傳的鋼卷號、帶鋼寬度、鋼卷直徑等信息，形成數(shù)據(jù)庫文件。根據(jù)已設(shè)定判據(jù)直接送噴字機進行噴號，通信到液壓拍打系統(tǒng)進行拍打設(shè)定，做標識位傳輸?shù)饺塎ES 系統(tǒng)按廢卷處理，實現(xiàn)自動判定。其人機界面可以實現(xiàn)塔形數(shù)據(jù)顯示、判據(jù)修改、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)維護，并能夠?qū)y量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計匯總或者按照鋼卷品類查詢，實現(xiàn)自由查詢和導(dǎo)出。

運行過程中，根據(jù)現(xiàn)場工藝實際需求，還將對內(nèi)塔卷取不良、外塔卷取不良、凸塔形超值、斜塔形超值、內(nèi)外塔超值等進行細分。同時，正在開發(fā)計算鋼卷中心偏差量，實現(xiàn)步進梁偏卷檢測功能。

4 結(jié)論

該系統(tǒng)2020 年4 月份試運行，6 月份正式投入控制，當(dāng)前實現(xiàn)塔形無人智能識別，規(guī)避原有識別方式的安全風(fēng)險和質(zhì)量風(fēng)險，提高成品產(chǎn)量，提升公司自動化智能化水平。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，未投入塔形自動識別系統(tǒng)之前，因吊破而切掉的重量月平均238 t。新增熱軋塔形自動識別系統(tǒng)后，切損重量約能減少現(xiàn)有切損重量的1/4 左右，按照成品鋼卷與廢品之間的差價1100 元/噸計算，該項目實施后預(yù)期每年可以降低切損導(dǎo)致的78 萬元。目前該設(shè)備剛剛投入運行，實際經(jīng)濟效益待數(shù)據(jù)分析論證得出。