S7-PLC模拟编码器在连铸机自动定尺切割系统中的应用

S7-PLC模拟编码器在连铸机自动定尺切割系统中的应用
佚名
【摘要】The automatic alarm function is added in the automatic cut-to-length system of caster in the S7-400 PLC analog encoder. It not only increases stability of the automatic cut-to-length system, but also improves qualification rate of continuous cast products, making the continuous cast production run smoothly and making the labor intensity
of workers greatly reduce.% 通过S7-400PLC编写的模拟编码器，为连铸机自动定尺切割系统添加了自动报警，不仅提高了自动定尺系统的稳定性，而且提高了连铸坯的定尺合格率，使连铸生产得以顺利进行，极大地减轻工人的劳动强度。

【期刊名称】《冶金动力》
【年(卷),期】2013(000)008
【总页数】3页(P73-75)
【关键词】模拟编码器;连铸机;自动定尺;自动报警
【正文语种】中文
【中图分类】TF34
铸坯的定尺切割是连铸机生产中的一个非常重要环节，它关系到连铸生产的成材率。

铸坯定尺能否达到标准要求（即定尺合格率）关系到连铸机能否向下一道工序提供合格产品，直接影响到轧钢系统的成材率，进而影响到钢轧厂的经济效益。

因此,
铸坯定尺合格率成为合格连铸坯的一项重要指标。

一个精确而稳定的定尺系统,不
仅可以提高连铸坯的定尺合格率,促进生产稳定顺行,还可以降低工人的工作劳动强度。

2.1 设备构成
马鞍山钢铁股份有限公司第二钢轧总厂，现有四台四机四流连铸机，一般生产的铸坯规格为2.5 m至3.3 m和12 m分别供型材和线材、棒材使用。

目前连铸机定
尺切割控制采用的是非接触式自动定尺切割系统。

该系统装设一台红外定尺摄像机，一台FPQGII型非接触式自动定尺切割控制机。

切割控制机置于操作室内，摄像机固定在操作室外，能够清晰摄入4流铸坯和定
尺标志，并且扇形视角与钢流运行方向垂直。

定尺标志可根据不同定尺需要在扇形视角区域内移动。

摄像机摄取运动热钢坯的图像，经图像模式识别处理进行模数转换，再进行空间微分，二值化处理，得到热钢坯头部的位置信息L1，从而确定热
钢坯的长度，当|L1-L|＜|ERROR|时启动剪切机对热钢坯进行剪切。

系统原理图如图1所示。

2.2 原系统实际使用情况
由于钢坯的颜色亮度受钢水成分、铸坯长度、拉矫速度、环境温度、不同操作工习惯、操作技术等因素的影响，钢坯亮度不尽相同。

当生产12 m长坯时，时常会出现因钢坯颜色暗淡，摄像头无法感应到红坯已进入定尺标志区，出现放长坯的现象，如果操作工及时发现，可对其进行手动切割，反之，将会出现钢坯过长堵死整流的生产故障；生产2.5～3.3m短坯，特别是2.5 m的短坯时常出现铸坯过亮，以致
出现虚光，当坯子还没有进入定尺标志区就已经发出了剪切信号，出现铸坯过短成为废坯；当自动定尺切割系统出现故障无法正常使用时，只能通过人工目测方法切割，既增加了工人劳动量，又增加了废坯量。

由于连铸机定尺系统的不稳定,给连铸生产和下道工序的成材率带来了诸多影响。

为了解决连铸坯定尺问题,可以利用编码器的计数功能来计算铸坯行程，但连铸机
生产现场温度高、湿度大，编码器容易损坏且不易维修。

如能在连铸机现有的西门子S7-400PLC控制系统中开发一套计数功能程序，通过累加铸坯的瞬时拉速进行数学运算来得到铸坯行程，并根据铸坯行程和设定的定尺来控制切割系统完成铸坯切割。

整个过程可在连铸机铸流PLC控制系统中完成，编程语言使用STEP7-V5.4，操作及监控画面在拉矫剪切操作室的工控机（使用西门子WINCC6.0）上完成，无需额外设备。

其工作原理如下：
（1）数据采集
由于连铸机使用的液面自动控制和自动配水的需要，铸流自动控制系统已将铸坯瞬时拉速V采集并储存，在假定拉矫辊与铸坯不打滑的情况下，拉矫辊瞬时转速V 与铸坯瞬时拉速相等，将V储存于STEP7数据块DB40.DBW14中，以备下一步编程调用。

整个采集及运算程序在STEP7中完成。

（2）数据处理
在程序中对数据进行处理，并根据切割尺寸发出切割报警信号。

由于采集到的是铸坯瞬时拉速，就可以得出铸坯一段时间内的行程。

因此作如下处理：以10 ms为基本单位，在每个10 ms开始时采集铸坯瞬时拉速，这样铸坯的行程S可由以下公式得出：
L=S1+S2+S3+……+Sn
Sn=0.01×V
V=(V1+V2)÷2
其中：L：铸坯的行程;
Sn：铸坯每个10 ms的行程
V：铸坯每个10 ms的平均速度
V1：每个10 ms开始时的瞬时拉速
V2：每个10 ms结束时的瞬时拉速
当剪机发出剪切信号（无论是手动自动切割状态）时控制系统将S清零。

（3）控制过程
由于模拟编码器是在完全理想的状态下完成的，但在实际情况下，不得不考虑拉矫辊与铸坯的打滑情况。

因此未用模拟编码器来参加控制，只将其作为自动报警，以跟踪其长度控制的准确性。

我们以12 m定尺的报警为例，由于12 m冷床的极限长度是12.30 m，钢坯正常切割长度是12.15 m，因此当任意一个流铸坯长度大于12.20 m时，非接触式自
动定尺仪还未发出切割信号，模拟编码器定尺系统就发出报警信号，提醒操作人员定尺仪检测系统出现故障，需要手动切割，并及时通知维护人员处理，以杜绝铸坯过长而堵死整流的生产故障发生。

（4）尾坯处理
连铸机停机拉尾坯时，由操作人员通过操作台对尾坯进行手动处理，计数就不起作用。

从原程序中每10 ms采集一次钢坯瞬间速度，经过单位换算处理，放入MD320。

通过累加将结果放入MD328,当达到设定的定尺长度时，M50.3接通发出报警信号，同时便把MD328赋予0，重新计算下一根。

但是,在实际应用中,由于电机转差率以及减速机速比的离散性,实际定尺长度Lsj与
L还是有一定差距的,因此在编制PLC程序时需要对定尺系统行修正,即:
Lsj=KL
其中:
Lsj:铸坯实际长度;
L:铸坯理论长度;
K:修正系数。

对于其中的修正系数K的取值是整个系统能否正常工作的关键。

由于K=Lsj/L,因此可以通过实测法在生产现场测出每个流的K值。

4.1 程序设计原理
因篇幅所限，逻辑图与指令略。

10 ms采集一次数据，计算出速度的当前值，并存入MD320里。

当有剪切信号时，将0传给MD328。

将速度值进行累加，并乘以修正系数存入MD324。

将定尺设定值存入DB10.DBD104，当累加值MD324大于设定值时，M50.3接通由于是做报警使用，使设定长度大于定尺实际长度，因此在自动定尺仪正常情况下M50.3始终不会接通。

4.2 数据验证
在投入使用初期，我们将剪切信号与钢坯长度到达设定值的信号放入Wincc画面做监控，跟踪三个月来，数据差距几乎没有，说明了模拟编码器定尺控制还是比较准确的，误差可以控制在3 cm以内。

本模拟编码器为连铸机自动定尺添加的自动报警，是对定尺切割系统的技术改进，杜绝了铸坯过长浪费或堵死整流造成生产故障，铸坯过短产生废坯。

并在非接触式自动定尺系统出现故障的情况下，起到了候补的作用。

通过长期跟踪，达到了尺寸精度较高、检测快速准确、抗干扰能力强、系统运行稳定以及近于零维护的目的，为全连铸生产起到了强有力的保障作用；基本克服了非接触式定尺切割投资大、对铸坯温度、现场环境要求高的缺点。

【相关文献】
[1]廖常初主编.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社. 2008.。