精軋測長系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

譚玉倩

（山鋼股份萊蕪分公司 自動化部，山東 萊蕪 271104）

0 引言

經(jīng)精軋機(jī)軋制后的軋件長度對于后續(xù)精整區(qū)的生產(chǎn)有著重要的影響，測長不準(zhǔn)確會導(dǎo)致分段鋸切時(shí)軋件定尺不穩(wěn)定，既影響了成材率，又影響了正常的生產(chǎn)過程，降低了生產(chǎn)節(jié)奏。為進(jìn)一步提高軋鋼生產(chǎn)線產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，開發(fā)一套穩(wěn)定高效的精軋測長系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)軋件的精確測長和定位勢在必行。

1 精軋測長原理

1.1 基本測量原理

根據(jù)電氣變頻器反饋的電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生齒形波，每一個齒形波形成一個脈沖計(jì)數(shù)，PLC通過累計(jì)某一時(shí)段的脈沖數(shù)量，再根據(jù)每個脈沖對應(yīng)的直線距離，而得出測長結(jié)果。設(shè)定當(dāng)前掃描周期采集的脈沖數(shù)為En，上一掃描周期采集的脈沖數(shù)為En－1，每脈沖對應(yīng)長度為L，則T個掃描周期的測長L總為：

根據(jù)式（1）可以測得軋件的長度，但是當(dāng)軋件長度較長時(shí)只采用這種測長方式不能保證軋件長度的精確性，因此測長控制系統(tǒng)還采用了固定值補(bǔ)償和系數(shù)補(bǔ)償原理。

1.2 固定值補(bǔ)償原理

軋件從精軋機(jī)組軋出，到熱鋸輥道停止、定位，在輥道上安裝熱金屬檢測器HMD，每個HMD的位置固定，從軋件頭部到達(dá)第1個HMD開始脈沖計(jì)數(shù)，到尾部離開該HMD脈沖計(jì)數(shù)結(jié)束。測長控制系統(tǒng)利用輥道上HMD的固定位置，當(dāng)軋件到達(dá)某一HMD時(shí)，即把這個HMD與測長起始位置的距離作為所測長度進(jìn)行補(bǔ)償，這樣就保證了該HMD之前的長度測量是準(zhǔn)確的，降低了測量誤差。

1.3 系數(shù)補(bǔ)償原理

利用輥道上相鄰的兩個HMD的固定距離，測出軋件經(jīng)過他們之間固定長度時(shí)所記錄的實(shí)際脈沖數(shù)，固定距離與其每次實(shí)際脈沖計(jì)數(shù)的比值就是補(bǔ)償系數(shù)。每支鋼坯的測長結(jié)果乘上該系數(shù)后，最終測長值更接近于鋼坯的實(shí)際長度。

2 測長系統(tǒng)的開發(fā)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

以本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的萊鋼型鋼軋線為例，該軋線主要產(chǎn)品有H型鋼、工字鋼、槽鋼等。精軋采用連軋機(jī)組，當(dāng)軋制H型鋼、工字鋼時(shí)，精軋系統(tǒng)由5架萬能軋機(jī)和2架軋邊機(jī)組成，精軋后設(shè)熱金屬檢測器FMMTHM02、FMMTHM03和FMMTHM04對軋件位置進(jìn)行檢測。精軋機(jī)軋制后的軋件由設(shè)在熱鋸輥道兩端的兩臺熱鋸切取試樣并切成兩段，之后進(jìn)入冷床長尺冷卻，在熱鋸輥道上設(shè)置熱金屬檢測器HSRTPH01、HSETHM01、HSETHM02、HSETHM03和HSETHM04用于精軋測長。上述HMD在輥道上的布置和它們之間的距離如圖1 所示，每個熱金屬檢測器的位置固定。

PLC系統(tǒng)采用西門子S7-400系列，CPU模板采用CPU 416-2DP，配置數(shù)字量輸入模板完成精軋機(jī)帶載以及測長所用8個熱金屬檢測器狀態(tài)的采集，高速計(jì)數(shù)模板完成測長脈沖量的采集，脈沖量來自精軋變頻器反饋的電機(jī)旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的齒形波。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)編程使用西門子的STEP7 5.4軟件，測長程序流程圖如圖2 所示，軋件測長開始于FMMTHM02上升沿來，結(jié)束于FMMTHM02下降沿來。單位脈沖長度測定過程開始于FMMTHM02上升沿來，結(jié)束于HSETHM04上升沿來。

測長過程中，需對齒形波所形成的單位脈沖對應(yīng)的長度進(jìn)行測定以進(jìn)行系數(shù)補(bǔ)償，經(jīng)過每個HMD時(shí)，都要進(jìn)行測定，F(xiàn)MMTHM03上升沿來時(shí)，單位脈沖所對應(yīng)的長度β＝n0／na，其中，n0為FMMTHM02與FMMTHM03之間的距離，na為軋件經(jīng)過該距離所計(jì)脈沖數(shù)。之后的測定過程與此類似，HSETHM04上升沿來時(shí)，單位脈沖長度測定過程結(jié)束。

圖1 精軋測長系統(tǒng)熱金屬檢測器布置圖

圖2 測長程序流程圖

測長控制系統(tǒng)利用輥道上HMD的固定位置，當(dāng)軋件到達(dá)某HMD時(shí)，即把這個HMD與測長起始位置的距離作為所測長度進(jìn)行固定值補(bǔ)償。測長最終的計(jì)算公式L（mm）為：PCNT3×100］÷1 000 .其中：PCNT3為FMMTHM02與HSETHM04之間的距離，單位為0.1mm；PCNT4T為HSETHM04上升沿來時(shí)所計(jì)脈沖數(shù)；PCNT5T為FMMTHM02上升沿來時(shí)所計(jì)脈沖數(shù)；PCNT6T為FMMTHM02下降沿來時(shí)所計(jì)脈沖數(shù)測長結(jié)束時(shí)單位脈沖對應(yīng)長度。

3 系統(tǒng)運(yùn)行效果

測長系統(tǒng)運(yùn)行圖如圖3 所示。

圖3 測長系統(tǒng)運(yùn)行圖

圖3 中橫坐標(biāo)為時(shí)間s，自上而下各圖依次顯示了精軋后輥道速度反饋（m／s），測量過程中測長脈沖數(shù)，熱金屬檢測器 FMMTHM02、FMMTHM03、FMMTHM04、HSRTPH01、HSETHM01、HSETHM02、HSETHM03、HSETHM04設(shè)備狀態(tài)（開關(guān)量），兩條豎線標(biāo)示了測長開始和結(jié)束的時(shí)刻，分別是FMMTHM02上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)時(shí)刻。在此過程中測長脈沖累加，直到測長結(jié)束，脈沖計(jì)數(shù)停止，通過脈沖數(shù)與每脈沖對應(yīng)長度相乘可計(jì)算出軋件長度。

4 結(jié)束語

該項(xiàng)目的實(shí)施，減少了因測長不準(zhǔn)確導(dǎo)致的非定尺碎尾時(shí)間和更換鋸片時(shí)間，提高了成材率，降低了生產(chǎn)成本，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］何茂松，彭燕華，王正坤.跟蹤技術(shù)在熱軋卷取機(jī)控制中的應(yīng)用［J］.冶金自動化，2009（6）：18-32.

［2］趙剛，楊永立.軋制過程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

［3］廖常初，祖正容.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)編程與故障診斷［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.