論激光測距儀在連鑄機(jī)接坯橫移臺車定位上的應(yīng)用

【摘要】本文主要介紹利用如何利用激光測距儀的高精度及穩(wěn)定性代替?zhèn)鹘y(tǒng)的增量型編碼器進(jìn)行位置控制，從而實現(xiàn)橫移臺車精準(zhǔn)自動定位自動接坯功能，加快板坯熱裝熱送節(jié)奏，同時大大減少人工手動接坯送坯的勞動強(qiáng)度。

【關(guān)鍵詞】PLC；PID控制；增量型編碼器；接近開關(guān)；激光測距儀

一、前言

漣鋼210轉(zhuǎn)爐廠在十一五項目建設(shè)時共設(shè)計兩臺一機(jī)兩流的連鑄機(jī)，生產(chǎn)鑄坯的厚度規(guī)格：210mm、230mm、250mm，長度規(guī)格：4500mm-11000mm，寬度規(guī)格900-2150mm。一臺由國內(nèi)西安重型機(jī)械研究所負(fù)責(zé)工藝、設(shè)備設(shè)計；另一臺由意大利的達(dá)涅利公司負(fù)責(zé)工藝設(shè)備設(shè)計，其中兩臺連鑄機(jī)的自動化控制部分全由達(dá)涅利負(fù)責(zé)開發(fā)調(diào)試。兩臺連鑄機(jī)分別于2009年9月投產(chǎn)和2010年5月份投產(chǎn)，共用一條出坯線系統(tǒng)（由3臺橫移臺車組成，兩用一備）經(jīng)上線輥道實現(xiàn)全自動接坯送坯到2250熱軋機(jī)。

二、目前存在的問題

整個出坯線機(jī)械部分及控制要求由西安重型機(jī)械研究所進(jìn)行設(shè)計，兩臺連鑄機(jī)共用，配置3臺橫移臺車兩用一備，每臺橫移臺由兩臺帶增量型編碼器的45KW電機(jī)變頻驅(qū)動，外加19個接近開關(guān)配合編碼器進(jìn)行定位。橫移臺車行走速度正常60m/min，最高可達(dá)80m/min，但在投產(chǎn)后的一段時間，3臺橫移臺車都存在各種問題，外方調(diào)試專家一時也沒有好的辦法。具體表現(xiàn)為：

1.定位不準(zhǔn)，調(diào)整好在1流接坯，2流可能又不行，需要操作人員手動點動來調(diào)整，不但耗時而且定位不夠精確經(jīng)常坯子會撞到橫移臺車輥道兩邊的護(hù)板上引發(fā)更大的事故。

2.經(jīng)常在行走過程中兩臺電機(jī)無規(guī)律地報編碼器故障停車，復(fù)位后只能使用手動送坯，速度慢且操作人員操作難度加大。

3.經(jīng)常在接送坯過程中發(fā)生編碼器位置跳變，導(dǎo)致實際行走的位置還沒到達(dá)，但程序控制認(rèn)為已經(jīng)到位停車，操作人員必須手動開車且開回橫移臺車原點進(jìn)行清零操作。

4.臺車經(jīng)常在接坯的1流或2流位置停不下來，總是來回往復(fù)地調(diào)整位置，原因是編碼器有位置跳變情況，正負(fù)偏差不能穩(wěn)定在20mm之內(nèi)。

綜合以上情況，在坯子寬度小于1800mm，操作人員手動還能應(yīng)付，但當(dāng)生產(chǎn)2000mm及以上時，靠人工手動定位接壞難度太大。不僅給操作人員增加了大量工作，19個接近開關(guān)經(jīng)常需要調(diào)整，更換，維修工作量也很大，也使得維修人員長期頭疼，降低臺車的行走速度至40m/min也未能解決這些問題，這些問題的解決已經(jīng)到了刻不容緩的地步。

三、原因分析及改進(jìn)措施

3.1原因分析

通過對橫移臺車系統(tǒng)設(shè)計控制方式的研究發(fā)現(xiàn)，整個系統(tǒng)采用西門子S7-300的PLC及6ES70變頻器速度閉環(huán)控制。其中橫移臺車的定位主要是通過兩臺電機(jī)軸上編碼器的計數(shù)反饋給變頻器，變頻器再將編碼器信號傳給PLC進(jìn)行位置反饋控制。再利用現(xiàn)場19個接近開關(guān)進(jìn)行原位清零、1流減速位校準(zhǔn)、1流停止位校準(zhǔn)、2流減速位校準(zhǔn)、2流停止位校準(zhǔn)、上線減速位校準(zhǔn)、上線停止位校準(zhǔn)等在臺車行走過程中對編碼器位置進(jìn)行糾偏校準(zhǔn)。

從理論上來說，這種設(shè)計是可行的且能夠精確定位，但在實際應(yīng)用中由于多方面原因造成此種設(shè)計在使用過程中問題較多。比如臺車在行走過程中車輪打滑、編碼器松動、軌道磨損及車體振動大等原因均會造成編碼器計數(shù)錯誤導(dǎo)致實際停車位置與檢測到的位置差距較大，盡管通過了很多接近開關(guān)進(jìn)行位置校準(zhǔn)，但實際如果維護(hù)工作不到位，接近開關(guān)壞掉或者檔塊變形等原因造成信號沒有被檢測到的話，編碼器的誤差會越來越大，要精確定位也會很難很難。

另外由于編碼器安裝在電機(jī)軸上，編碼器的電纜隨電機(jī)的動力電纜一起通過拖鏈運行時，電纜經(jīng)常彎曲容易折斷或者受到強(qiáng)電的干擾也會造成變頻器報編碼器故障或者計數(shù)不準(zhǔn)，嚴(yán)重影響了臺車的高效穩(wěn)定運行。

3.2改進(jìn)措施

通過對市場上各廠家激光測距儀參數(shù)的了解，我們選用了天津ECLO型號為ELPD-D30LI6的激光測距儀，有效行程100m（現(xiàn)場最大行走距離約70-80m），精度：1mm，信號采用4-20mA直接進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)。首先對1#橫移臺車進(jìn)行改進(jìn)（其他兩類似方法），把原來電機(jī)上的編碼器甩掉，僅在臺車安裝一塊400mmX400mm的反射板，把激光測距儀固定安裝在機(jī)下，在PLC程序中直接用激光測距儀信號代替原來編碼器的信號。這樣的話臺車實際位置不受車輪打滑、車體振動等影響，而且再也不需要接近開關(guān)進(jìn)行位置校準(zhǔn)。其次把每臺橫移臺車的實際位置，目標(biāo)位置、故障狀態(tài)、運行電流信息在HMI上實時顯示出來，這樣更加直觀對橫移臺車進(jìn)行監(jiān)控和故障判斷。

3.3改進(jìn)后效果

整個改進(jìn)設(shè)備的安裝及調(diào)試僅能用了一天的時間，臺車的定位精度提高到5mm，速度也提高到60m/min，自動接坯送坯的成功率達(dá)到了99%，幾乎不要操作人員去干預(yù)。維護(hù)人員再也不用天天去檢查編碼器、調(diào)整限位，只要每周對臺車上的激光反射板檢查有無松動即可，臺車定位、接坯送坯達(dá)到12個月無故障，

四、結(jié)束語

此種改進(jìn)簡單明了，定位精確、維修工作量少，得到維修和操作人員的充分肯定，真正實現(xiàn)了設(shè)計上全自動接坯送坯功能。之后在與西安重型機(jī)械研究所及達(dá)涅利公司交流中得到他們的認(rèn)可，并且在他們之后設(shè)計的橫移臺車出坯線系統(tǒng)中采用了此種定位方式。此種改進(jìn)在210轉(zhuǎn)爐廠內(nèi)部LF及RH鋼包車定位上進(jìn)行了推廣應(yīng)用，效果甚好。