板坯连铸机定尺切割系统的改造应用

一、引言
       浦钢公司炼钢厂1#板坯连铸机自投产以来，原来在液压剪切机成功应用的视觉定尺切割系统因受火焰切割机焰光及氧化渣的影响，频繁出现不检测或切长短尺的现象，操作人员经常不得不目测手动切割，钢坯定尺误差极大。在这种情况下，通过对定尺系统的改造利用编程算出切割定尺并发出切割信号。避免了原有视觉定尺系统依靠摄像头检测铸坯长度，容易受外界环境的影响，故障率高等缺点。本系统的成功应用，不仅直接降低了生产成本，减少了操作人员的劳动强度，而且还大大提高了钢坯成坯合格率，提高了生产率。

二、定尺切割系统的自动控制
2-1定尺切割自动控制系统的硬件。
        本系统涉及到的连铸机设备有切割机AB-SLC500控制系统和执行设备（包括割炬小车、切割机大车、夹紧气缸）等。需要增装高速计数模块与增量型旋转编码器采集铸坯长度和切割机大车位置并结合DI模块采集的信号送到CPU，经过数据运算处理，通过DO模块发出指令，致使继电器和接触器吸合，驱动夹紧气缸、切割机大车、割炬小车完成切割动作。
图1为本系统的切割原理方框图。

        增装高速计数模块型号为1746-SHCE。图2为增装高速计数模块的系统组态。坯长用增量型旋转编码器选用库存引锭链跟踪编码器HUBER POG-11（2脉冲/转），安装于46#拉矫辊上辊电动机后端。切割机大车位置采用的高速计数模块与上面相同，增量型旋转编码器采用OMRON E6F-CWZ5G（500脉冲/转）。


2-2定尺切割系统的实现。
        定尺切割系统直接利用切割机AB-SLC500控制系统通过高速计数模块与增量型旋转编码器采集铸坯长度和切割机大车位置，进行数学运算得到割炬切割线前的铸坯长度，并根据此铸坯长度控制夹紧气缸、割炬小车、切割机大车运行完成铸坯切割。整个控制过程在切割机AB-SLC500控制系统中完成。其工作原理如下：
（1） 数据采集。
        铸坯长度数据的采集：铸坯长度数据的采集是通过安装在46#拉矫辊上辊电动机后端编码器发出的脉冲信号经高速计数模块计数后将数据传送给AB-SLC500的CPU。每个脉冲表示的铸坯长度可以用以下公式计算：

d：拉矫辊直径265mm
S：减速箱变速比1/412
N：编码器每周输出脉冲数2脉冲/转
经计算每个脉冲表示的铸坯长度M1=1mm。
        切割机大车位置数据采集是通过与测量齿轮偶合编码器发出的脉冲信号经高速计数模块计数后将数据传送给AB-SLC500的CPU。测量齿轮靠自重及压簧使其与安装在切割机大车轨道边的齿条紧密啮合保证测量精度。每个脉冲表示的铸坯长度可以用以下公式计算：

d：测量齿轮中间直径159mm
N：编码器每周输出脉冲数500脉冲/转
经计算每个脉冲表示的长度M2=1mm。
       定尺设定数据采集 定尺设定数据采集是通过切割机操作台上BCD拨盘编码器经DI模块提供给AB-SLC500的CPU
（2）数据处理。 在程序中对采集来的数据进行处理。并根据设定切割定尺发出切割信号。由于采集的脉冲数据是双向计数，所以设定铸坯长度计数和切割大车运行位置计数在与拉坯方向相同时都为正计数。因此割炬切割线前铸坯长度可以这样计算：L0=L1-L2 L0为割炬切割线前铸坯长度 L1为铸坯长度计数 L2为切割大车位置计数。L0数据由设置与操作台上的数码管显示输出。并当夹紧气缸动作压头压到铸坯时L1清零、切割大车位于原始位时L2清零。定尺设定数据由四位BCD拨盘编码器输入计划切割定尺S1并由另三位BCD拨盘编码器输入误差补偿数据，由S1+S2得到最终定尺输入数据S0。切割信号运算输出过程如下：当300mm≥S0－L0≥5mm时输出一个预夹紧信号；当S0＝L0±5mm时输出切割信号。
（3）正常切割机控制动作：当300mm≥S0－L0≥5mm时输出一个预夹紧信号，夹紧气缸执行第一个行程使压脚下降至距铸坯20~30mm处，割炬小车探测铸坯边沿并停于边沿处。当S0＝L0±5mm时输出切割信号，夹紧气缸执行第二个行程使压脚下降压紧铸坯，此时切割机大车与铸坯同步运动，割炬小车沿与铸坯行走垂直方向运动，割炬开始切割直到把铸坯切断。
铸坯切头控制：当切割机置于切头模式时S0将被设置为一个固定数值，其余控制动作同正常切割。
铸坯切尾控制：此时拉矫机停止，切割机与辊道配合利用其编码器对铸坯丈量精确切割。

三、定尺切割自动控制程序设计
编程软件使用AB-SLC500系列专用RSLogix 500软件，通讯组态使用RSLinx软件。主要程序如下：
坯长和切割机大车位置数据获取

大车在原始位游移偏差补偿

坯长计算


预压紧和压紧信号判断输出

四、实际使用情况
         本定尺切割自动控制系统投入使用后，钢坯定尺波动范围由原来的±100mm缩小到了±20mm。由于在拉矫辊上安装编码器进行脉冲计数，所以存在辊坯之间打滑现象在所难免，经过一个月实测，在设备润滑良好的情况下，当铸坯温度在600~950℃拉坯速度在0．6~1．2米/分时打滑率在1%以下而且线性很好，完全可以用定尺补偿来弥补。

五、小结
        本定尺切割自动控制系统仅需增装少量器件，通过适当的编程就能够在恶劣环境下稳定工作，维护较简单，定尺精度高。通过对定尺切割自动控制系统技术改造应用，切实达到了检测快速准确，抗干扰能力强、系统运行稳定以及维护工作量少的特点，为1#连铸机组顺利生产起到了强有力的保障作用。定尺切割自动控制系统投入运行以来本身未发生一次故障，彻底解决了视觉定尺系统存在的诸多问题。钢坯定尺合格率达到99.8%，直接经济效益65万元/月（内部核算价）。基本克服了目前通用的连铸视觉定尺切割系统安装调试过程复杂，对铸坯温度、现场环境要求高，故障率较高的缺点。