（山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）王博，張春霞，胡猛
                  
    王博  男，現(xiàn)就職于山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部，從事冶金工業(yè)自動(dòng)化控制工作。

    摘要：大多數(shù)鋼廠板坯連鑄機(jī)的鋼坯切割都是采用火切機(jī)定尺切割系統(tǒng)，但在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多弊端，定尺切割受電磁干擾和環(huán)境溫度等因素影響較大。在這種情況下，開(kāi)發(fā)了連鑄機(jī)鋼坯鋼坯定重自動(dòng)切割自動(dòng)控制系統(tǒng)，在定尺切割的基礎(chǔ)上，引入重量參數(shù)，以降低誤差，實(shí)現(xiàn)電磁干擾以及環(huán)境溫度對(duì)切割系統(tǒng)零影響。自引入定重切割技術(shù)以來(lái)，在更好的完成生產(chǎn)的需要的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)故障率低、準(zhǔn)確、效率高、節(jié)省勞動(dòng)力等諸多優(yōu)點(diǎn)，使職工的工作環(huán)境大大提高，其重要性隨著生產(chǎn)應(yīng)用將更加突出。
   
    關(guān)鍵詞：定重切割；精度分析；自動(dòng)控制

    Abstract: The billet cutting system of most contcasters adopts fixed length blaze cutting machine. But the experiences show that it will bring some troubles. Electromagnetism interfere and entironment temperature have great effect on fixed length cutting.So we develop automatic fixed weight cutting system for continuous caster. On the base of fixup length cutting, we introduce parameter of weight to reduce error. We implement zero effect of electromagnetism interfere and entironment temperature on cutting system. The significance will be more and more outstanding along with the application of this system.

    Key words: Fixed weight cutting; Precision analysis; Automatic control

    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。
                                 
                                        圖1  鋼坯輸送流程
    （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。

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     摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第七期