激光測距在連鑄機鋼坯精確測量系統(tǒng)上的應(yīng)用

(永鋼集團(tuán) 江蘇 張家港 215600)

一、緒論

隨著煉鋼工藝的改善和自動化水平的提高,更多的實現(xiàn)了操作現(xiàn)場無人化、制作流程自動化。企業(yè)的效益從降低勞動成本和提高工作效率兩方面入手。而本設(shè)計主要適用于煉鋼連鑄機成品熱鋼坯測量技術(shù)領(lǐng)域。具體是在撈鋼機或移鋼機將鋼坯送上冷床入口后，對此時的鋼坯進(jìn)行長度測量，數(shù)據(jù)采集。同時還可以利用測量數(shù)據(jù)判斷火切機定尺是否準(zhǔn)確。

二、測量系統(tǒng)工作原理

(一)激光測距的工作原理

激光測距儀，也叫激光測距，是一種利用激光對被測物體的位置距離進(jìn)行準(zhǔn)確測定的儀器。激光測距向目標(biāo)物體發(fā)射出一束非常細(xì)的激光，由內(nèi)部光電元件接收目標(biāo)所反射的激光束，計時器來測定激光束從發(fā)射到接收所用的時間，從而計算出從觀測者到目標(biāo)的距離。激光測距是光波測距中測距方式的一種，如果光以速度c速度在空氣中傳播在A、B兩點間往返一次所用的為t，則A、B兩點間距離D可用下面這個公式表示：D=ct/2 式中D為測站點A、B兩點間距離，c為速度，T為光往返A(chǔ)、B一次所需的時間。

(二)PLC sm331模擬量輸入模塊基本結(jié)構(gòu)和工作原理

模擬量輸入模塊用于將模擬量信號轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號，其主要的組成部分是A/D轉(zhuǎn)換器，模擬量輸入模塊的輸入信號一般是模擬量變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電壓、直流電流信號。

測量范圍的選擇：可以分別對模塊的每一個通道選擇允許的任意量程，模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對應(yīng)的數(shù)字成為模擬值，模擬值用16位二進(jìn)制補碼(整數(shù))來表示，最高位(第15位)為符號位，正數(shù)符號位為0，負(fù)數(shù)符號位為1。模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)值的位數(shù)(即轉(zhuǎn)換精度)可以設(shè)置為9～16位(與模塊的型號和組態(tài)有關(guān))，如果小于16位(包括符號位)，則轉(zhuǎn)換值被自動左移，使其最高位(符號位)在16位字的最高位，模擬量左移后低端空出來的位則填入0。這種處理方法稱為“左對齊”，設(shè)模擬值的精度為12位加符號位，左移三位后未使用的低三位(0-2)，相當(dāng)于實際的模擬值被乘以8。則單極性的上下限(100%和0%)分別對應(yīng)于27648和0。

三、工作流程

(一)PLC對長度信號的采集

激光測距儀1測得距鋼坯距離d1，激光測距儀2測得距鋼坯距離d2，測得激光測距儀1與激光測距儀2之間距離為D，可計算出鋼坯長度: l=D -(d1+d2)。激光測距將采集到的信號以4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號傳送入西門子300PLC的模擬量輸入模塊，系統(tǒng)對采集到的距離信號進(jìn)行相應(yīng)運算，得出鋼坯的長度值。

(二)系統(tǒng)運算

系統(tǒng)PLC對采集到的信號按照上面的公式進(jìn)行減法運算，得出運算結(jié)果。為了讓采集的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，在原來運算的基礎(chǔ)上，增加了防抖動程序。所謂防抖動，就是當(dāng)被測對象因為震動或者其他外界因素導(dǎo)致測量結(jié)果有波動。這時就調(diào)用PLC的OB35組織塊，該組織塊的默認(rèn)掃描周期為100ms.也就是一秒鐘會采集10次，再將10次的結(jié)果疊加起來取平均值。這就是我們精準(zhǔn)測量中所用到的多次測量、求平均值的方法來提高測量的精度。

(三)數(shù)據(jù)的顯示及共享

將PLC所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理優(yōu)化后，在HMI電腦上顯示各流鋼坯長度與鋼坯編碼信息。再將鋼坯長度與鋼坯編碼信息再次優(yōu)化，送入二級系統(tǒng)，做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)記錄并生成報表。當(dāng)激光測距儀測量長度與火切機實際定尺長度偏差20mm時，編寫判斷程序，觸發(fā)HMI畫面報警。通知操作人員檢測定尺長度并做相應(yīng)修改。這樣整個測量系統(tǒng)就構(gòu)成了一個閉環(huán)系統(tǒng)。完美的填補了鋼坯測量方面的技術(shù)空白。

四、新測量方法的優(yōu)點

(一)新測量方法帶來的效益

鋼坯測量誤差從人工測量的±40mm減少到±10mm，提高了鋼坯測量的精度。非接觸式的測量方式，不需要操作人員貼近熱坯測量，只需要在HMI界面進(jìn)行設(shè)定相應(yīng)長度，并根據(jù)實際測量結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。不但降低了操作人員的勞動強度，而且操作起來更加安全可靠。降低了安全事故發(fā)生率，同時也提高了工作效率。

(二)能夠為生產(chǎn)管理人員提供產(chǎn)品質(zhì)量管理和成本管理的數(shù)據(jù)依據(jù)

隨著企業(yè)轉(zhuǎn)型升級步伐加快，企業(yè)和分廠對連鑄生產(chǎn)鋼坯的質(zhì)量管理要求越來越高。連鑄生產(chǎn)的鋼坯過長或者過短都會給下一道工序正常生產(chǎn)不良影響。鋼坯復(fù)測投入使用后，可以保證鋼坯長度在工藝允許誤差范圍內(nèi)。

(三)降低安全事故發(fā)生率，降低操作人員勞動強度。

鋼坯復(fù)測設(shè)備投入使用后，操作人員不需要直接測量熱鋼坯的長度，從源頭上杜絕了操作人員因測量鋼坯而被燙傷的風(fēng)險，同時在降低操作人員勞動強度，提高生產(chǎn)效率方面效果顯著。

五、新測量方法應(yīng)用成果對比分析

新測量系統(tǒng)投入運行以后，鋼坯測量誤差從人工測量的±40mm減少到±10mm，提高了鋼坯測量的精度。非接觸式的測量方式，不需要操作人員貼近熱坯測量，只需要在HMI界面進(jìn)行設(shè)定相應(yīng)長度，并根據(jù)實際測量結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。不但降低了操作人員的勞動強度，而且操作起來更加安全可靠。降低了安全事故發(fā)生率，同時也提高了工作效率。

結(jié)束語

新測量系統(tǒng)設(shè)計投用解決了連鑄生產(chǎn)沒有有效的鋼坯二次測量方法給安全生產(chǎn)帶來的一系列影響。系統(tǒng)投入使用后，實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，改造后使用效果明顯。此外，本改造對于生產(chǎn)成本控制、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控和人員操作安全都起到了積極的作用。