連鑄機(jī)鋼坯自動(dòng)切割控制系統(tǒng)的改造與應(yīng)用

（山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）王 博，彌春霞，胡 猛

1 前言

在改造前萊鋼煉鋼廠4#連鑄機(jī)火切機(jī)定尺切割采用3#拉矯機(jī)上的光電編碼器和雷目公司的紅外定尺系統(tǒng)兩種方式。編碼器的維護(hù)量大，拉鋼時(shí)有時(shí)出現(xiàn)停轉(zhuǎn)、丟碼、跳變等現(xiàn)象，人為因素誤差較大。紅外定尺系統(tǒng)受電磁干擾和環(huán)境溫度等因素影響較大。由于定尺系統(tǒng)存在一定的誤差，造成鋼坯的實(shí)際重量與理論重量誤差較大。根據(jù)這種情況，開(kāi)發(fā)了板坯連鑄機(jī)定重自動(dòng)切割系統(tǒng)。

2 定重切割原理

2.1 系統(tǒng)的組成

連鑄坯定重切割自動(dòng)控制系統(tǒng)由四大部分組成：連鑄坯長(zhǎng)度檢測(cè)部分；連鑄坯重量檢測(cè)部分；連鑄坯剪切部分；計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制部分。安裝連鑄坯自動(dòng)秤量與長(zhǎng)度檢測(cè)設(shè)備，通過(guò)計(jì)算機(jī)采集信號(hào)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并將實(shí)際稱量值與連鑄坯給定量值相比較，將其誤差轉(zhuǎn)變成長(zhǎng)度值，以調(diào)節(jié)連鑄坯長(zhǎng)度來(lái)達(dá)到連鑄坯定重的目的。

基于以上控制思想，連鑄坯定重剪切自動(dòng)控制過(guò)程不難實(shí)現(xiàn)，較困難的是控制精度要達(dá)到系統(tǒng)定重的要求。影響系統(tǒng)控制精度因素諸多，總結(jié)有以下幾個(gè)方面：一次儀表精度的影響；自動(dòng)稱量精度的影響；自動(dòng)剪切精度的影響；自動(dòng)控制精度的影響(數(shù)模參數(shù)的合理性)；其它因素的影響；如設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性等。

2.2 系統(tǒng)原理

在生產(chǎn)過(guò)程中，型鋼廠根據(jù)成材規(guī)格，將鋼坯重量提供給煉鋼廠作為設(shè)定重量，煉鋼廠依據(jù)鋼坯重量換算成定尺長(zhǎng)度作為4＃機(jī)的設(shè)定坯長(zhǎng)對(duì)鑄坯進(jìn)行切割，然后對(duì)切割后的鋼坯進(jìn)行稱重，將此實(shí)際重量與設(shè)定重量比較得出偏差，進(jìn)而對(duì)將要切割鋼坯的設(shè)定長(zhǎng)度進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償公式：（設(shè)定重量-實(shí)際重量）/實(shí)際重量=（實(shí)際定尺-設(shè)定定尺）/設(shè)定定尺，計(jì)算出實(shí)際定尺。此信號(hào)送到切割機(jī)AB-SLC500控制系統(tǒng)。

連鑄機(jī)與加熱爐的鋼坯輸送流程，如圖1所示。

（1）實(shí)際重量由輥道上動(dòng)態(tài)稱接至出坯塊I/O，經(jīng)通訊送到公用PLC。

（2）鋼坯動(dòng)作流程

在每一流出坯輥道上有一檢測(cè)元件，目的檢測(cè)輥道上有坯，然后橫移機(jī)動(dòng)作：橫移機(jī)提起鋼坯，移動(dòng)到軌道稱上（有檢測(cè)元件）。稱量結(jié)束后，鋼坯由熱送輥道送至加熱爐，同時(shí)橫移機(jī)返回；稱量的重量數(shù)據(jù)以及相應(yīng)流號(hào)由稱重系統(tǒng)傳送至公用PLC；在公用PLC，作一選擇程序，將鋼坯的實(shí)際重量發(fā)送到流PLC。

（3）定重值的修正

定重切割單元計(jì)算出的鑄坯切割尺寸僅是理論計(jì)算值，在實(shí)際生產(chǎn)中，即使是同一鋼種其密度也有微小的變化，會(huì)造成定重偏差，必須采取措施進(jìn)行校正。

本系統(tǒng)在推理機(jī)軟件中開(kāi)發(fā)了定重切割校正功能，采取了逐次逼近-自適應(yīng)的方法：計(jì)算當(dāng)前一支鋼坯稱量值與設(shè)定重量之間的重量差，該重量差再除以本支鑄坯理論切割長(zhǎng)度、斷面尺寸等參數(shù)，計(jì)算出偏差密度△ρ，再把該偏差密度乘以小于1的系數(shù)K，得到修正后的偏差密度，用這一支鑄坯的切割密度+/-修正后的偏差密度，求得下一支鑄坯的切割密度，從而使下一支鑄坯得到修正。由于修正系數(shù)K小于1，可以達(dá)到逐次逼近的效果，避免了超調(diào)振蕩的發(fā)生，同時(shí)，該修正過(guò)程系統(tǒng)自動(dòng)完成，無(wú)需人工干預(yù)，是一種自適應(yīng)的過(guò)程。計(jì)算公式如下：

?修正偏差密度：ρx=ρ-（Wl-Ws）*K/（z*k*L）

其中：ρ為對(duì)應(yīng)鋼種密度，千克/立方米；Wl為當(dāng)前鑄坯實(shí)際重量，千克；Ws為設(shè)定目標(biāo)重量，千克；K為修正系數(shù)，無(wú)量綱；(z*k*L)為單支鑄坯體積，立方米。

?下一支鑄坯理論切割長(zhǎng)度：L=Ws/（z*k*ρx）

3 定重切割系統(tǒng)的自動(dòng)控制

連鑄坯重量（分規(guī)格）與長(zhǎng)度存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)連鑄坯長(zhǎng)度檢測(cè)一次儀表確定后，連鑄坯長(zhǎng)度值與檢測(cè)信號(hào)也有了一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。最終連鑄坯重量控制轉(zhuǎn)換成了連鑄坯的長(zhǎng)度控制。

設(shè)：連鑄坯長(zhǎng)度值為L(zhǎng)i，重量為Gi，兩者折算系數(shù)Ca=f（Li，Gi）當(dāng)連鑄坯給定重量G0，重量誤差△Q =（G0- Gi）

折算成長(zhǎng)度誤差△L = Ca?Q = Ca?（G0- Gi）

△L實(shí)質(zhì)上就是連鑄坯長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)量，為避免過(guò)量調(diào)節(jié)產(chǎn)生新的誤差，用系數(shù)A緩沖調(diào)節(jié)

（0< A< 1）

△L = A?Ca?Q = A?Cn?（G0- Gi）

系統(tǒng)確定后，A、Ca 一定，令：Ka= A?Ca

△L i= Ka?（G0- Gi）

用△Li值動(dòng)態(tài)補(bǔ)償當(dāng)前連鑄坯剪切長(zhǎng)度值，同時(shí)考慮剪切機(jī)剪切所需時(shí)間t，拉鋼速度為Va，發(fā)出剪切信號(hào)的提前量La，

則系統(tǒng)控制數(shù)學(xué)模型：

L i= L（i- 1）+ Ka?（G0- Gi- 1）

L a= t?V a

詳細(xì)控制過(guò)程見(jiàn)圖2。其中系統(tǒng)參數(shù)的確定：拉鋼速度Va值可由系統(tǒng)采樣經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到，剪切時(shí)間t相對(duì)某一臺(tái)剪機(jī)是一常數(shù)。Va、t參數(shù)對(duì)系統(tǒng)精度影響不大。主要是Ka值對(duì)系統(tǒng)定重精度的影響。由于受到生產(chǎn)工藝各方面的約束，Ca值是變化的，在生產(chǎn)過(guò)程中，Ca值必須得到動(dòng)態(tài)修正。修正方法是：不斷存儲(chǔ)在生產(chǎn)控制過(guò)程中采集到的連鑄坯控制系統(tǒng)各類參數(shù)（如長(zhǎng)度、重量、拉速、誤差、剪切時(shí)間等），并進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì),逼近參數(shù)的實(shí)際值和優(yōu)化Ka值，在計(jì)算機(jī)內(nèi)分規(guī)格建立起各種連鑄坯的Ka值參數(shù)表。實(shí)質(zhì)上，當(dāng)整套控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，對(duì)連鑄坯長(zhǎng)度值的處理可轉(zhuǎn)換成直接對(duì)檢測(cè)信號(hào)的處理。連鑄坯定重剪切自動(dòng)控制系統(tǒng)包括連鑄坯長(zhǎng)度（拉速）檢測(cè)、連鑄坯重量檢測(cè)、剪切控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控顯示、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)管理等功能。

圖2 連鑄坯自動(dòng)控制流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

定重切割其實(shí)質(zhì)是在定尺切割的基礎(chǔ)上，引入重量參數(shù)，以降低誤差，但同時(shí)也引入了稱重誤差。而稱的選擇只能是安裝在輥道上的動(dòng)態(tài)稱，這是由工藝決定的。動(dòng)態(tài)稱的實(shí)際測(cè)量精度為在正負(fù)千分之五。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，定重切割系統(tǒng)做得很完善的情況下，每根鋼坯的切割誤差能夠比定尺切割下降64.04%。不但切割誤差下降，自改造后，定重系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)，生產(chǎn)效率和設(shè)備開(kāi)機(jī)率明顯提高；維護(hù)效率提高。減少了不安全因素，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善了工作人員的工作環(huán)境，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

[1]楊自厚. 自動(dòng)控制原理[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1987.

[2]董振堂. 連鑄機(jī)械設(shè)備操作、維修及常見(jiàn)故障處理與自動(dòng)化控制實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[3]張曉明. 實(shí)用連鑄連軋技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[4]田燕翔. 現(xiàn)代連鑄新工藝新技術(shù)與鑄坯質(zhì)量控制[M]. 北京：當(dāng)代中國(guó)出版，2004.

[5]梁治國(guó). 一種基于線形激光的方坯定重剪切方法[J]. 鋼鐵，2006(1).

[6]江楠等. 定重切割技術(shù)在鋼坯定重系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 山東冶金，2009(4).

[7]安輝耀等. 基于圖像處理的鋼坯定尺定重智能切割系統(tǒng)[J]. 中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002(6).

[8]張永祥等. 連鑄坯在線定尺定重切割技術(shù)方案探討[J]. 世界儀表與自動(dòng)化，2007(10).