激光测距技术在连铸机铸坯横移设备中的应用
激光测距技术在连铸机铸坯横移设备中的应用
作者:无
由于受厂房跨间距离限制,攀成钢电炉 厂三流弧形连铸机在出坯辐道与冷床之间设 计了铸坯的横向传输设备——移钢机,用于 抓取顺出坯辐道传输过来的铸坯并将其传送 到冷床上,从而实现铸坯的横移输送。原移 钢机的位置测量釆用编码器,本文分析了原 移钢机编码器位置测量系统的缺陷及其对生 产、设备带来的影响,提出并成功实施了用激光测距仪技术对原位置测量系统的改造方案。
2原移钢机位置测量与控制
移钢机由横移车体和抓钢臂两大部件组 成,均采用西门子变频器驱动。横移车体的 速度设计有高低速:减速停车及进退钩用低 速,移钢过程用高速,高低速转换由位置决 定。
移钢机横移位置控制较为复杂,共有5 个最基本的位置,如图1所示。移钢机横移 的位置由EB58B10 - H6PR -1024增量实心 轴型编码器检测,编码器信号送到可编程序 控制器PLC的高速脉冲釆集卡,由PLC计算 横移位置。由于是增量型编码器⑴,检测的 是相对位置,故系统在“4”号位安装了接近 开关进行零位标记。
各位置定义如下:
“0”位:移钢机停车位,抓钢臂上升到 上极限位停止。在该位的左侧设置一个停车 减速位。
“1”、“2”、“3”位:流铸坯位,抓钢臂在 该位置上升抓钢,完成抓坯动作。在每个位 置的右边设置一个抓钢臂下降位1 -T,用于 抓钢臂下降。
“4”位:冷床铸坯接收位,用于抓钢臂释 放铸坯,在该位置下降到最低位置并后退一 个爪位,抓钢臂快速上升至上极限,完成一只 铸坯输送,等待下一个任务命令O
工作流程:移钢机准确停车在某流抓钢 臂下降位,抓钢臂下降到位,进钩到流铸坯 位,然后抓钢臂上升500 mm,最后高速向4# 位前进,同时向冷床发“接钢”命令。
3原移钢机位置测量系统缺陷及其影响
在移钢机横移过程中,要求每次都必须 准确停车,否则,就会损坏抓钢臂、出坯辐道 等设备,并可能导致铸机停机。因此,移钢机 位置检测的准确性和系统的稳定性决定了该 系统能否正常运行。
编码器本身具有很多优点,精度高、功能 多、寿命长,被广泛地应用于各种工控场合。 但是,在该移钢机工况下使用编码器,却带来 如下问题。
(1)信号干扰严重
编码器安装在移钢机车体的电动机上, 随移钢机横向移动,故编码器信号电缆与电 动机动力电缆都必须通过移动电缆支架3进 行导。尽管进行了分层附设,但,由于电缆移 动时间距方式变化,信号干扰严畫。另外,由 于人行过道的限制,电缆支架必须附设在控 制室的另一侧,电缆过长,脉冲信号强度受到 极大影响,更易受到动力电的干扰⑵。
(2)系统无法判断位置脉冲的丢失
在硬件设备正常(如无断线、编码器及 采集卡无故障),仅仅是信号受到干扰而产 生丢失脉冲时,系统无法诊断,也不会中断相 关动作的执行。此时,由于脉冲的丢失已造 成了移钢机的实际位置与测量用于控制的位 置发生了偏差⑶,偏差及量的大小系统都不 知道,只有因此造成了事故才知道。
(3 )信号电缆寿命短,运行成本较高
由于信号电缆通过冷床高温区到控制 室,长期受到高温辐射,加上移动电缆容易折 断的因素,使得信号电缆每半年就要更换一 次,信号电缆寿命短,运行成本较高。
(4)相对位置测量带来的不便
由于增量式编码器测量的是相对位置信 号,在故障处理过程中或停电后,移钢机或编 码器都不能有任何移动。否则,当故障恢复 或来电工作时,编码器测量的位置就可能与 移钢机实际位置不一致。因此,系统设计了 接近开关8来进行零位标记,每次工作前,操 作工都必须执行零位校正。
(5)事故应急处理不便
在生产过程中,如果仅仅因编码器或电 缆发生故障而未造成其他设备的严重损坏时 (损坏严重时生产被迫中断),为保生产过程 不被中断,移钢机可转到手动方式工作。由 于移钢机在运动,无法及时更换编码器或处 理电缆,事故应急处理不便。
在改造前运行的两年时间里,因位置检 测问题导致的故障占移钢机故障的98%,平 均每月故障次数2次,最高一月次数达5次; 由于位置不准使得抓钢臂在错误位置升降而 导致出坯辗道、辐道电动机、抓坯钩头、冷床 等设备受到过严重损坏;在此情况下,热坯不 能正常输送,直接导致铸机停浇,铸机前后的 整个生产线都受到严重影响;为此,钢厂最后 不得不排专人进行移钢机手动操作。
移钢机已成为制约钢厂正常生产的瓶颈 问题,必须进行技术改造。
4改造方案的选择
用绝对值编码器替代现有的增量型编码 器,可以解决增量型编码器测量位置与实际 位置分离的问题。但是,绝对型编码器因其 精度高,输出位数较多,多采用并行输出方 式,其每一位输出信号必须确保连接很好,故 还得解决隔离问题;由于连接电缆芯数多,特 别是移动电缆,由此会带来诸多不便和降低 可靠性。在目前这种布线条件下,信号干扰 可能更加严重,维护成本更高,也不能解决故 障处理的及时性问题。
激光在检测领域中的应用十分广泛,技 术含量十分丰富,对社会生产和生活的影响 十分显著⑷。激光测距是激光最早的应用 之一,其基本原理是通过测量激光在往返目 标所需时间来确定目标距离,是一种非接触 式传感器,具有测距精度高、一体化、分辨率 高、抗干扰能力强、通信简单、安装方便等优 点。随着激光测距传感器成本的降低,越来 越成为各行各业青睐的测距方法⑸0
根据移钢机横移距离为16 m,决定釆用 DME5000-112激光测距传感器实施本次技 术改造。可解决原移钢机的上述问题:将传 感器安装在非移动基座上,而将反光胶贴粘 贴在移动车体上,可解决电缆移动和高温区 问题;采用ProfibusDP通信,远离变频器动力 电缆,抗干扰能力强,信号稳定;由于传感器 及电缆都没有安装在车体上,即使移钢机在 位置测量岀现故障而进行手动操作时,也不 会影响故障点的及时处理。
5用DME5000 - 112激光距离传感器改造 现有系统
5.1 硬件安装
(1)将激光测距传感器安装在靠近控制 室的轨道左侧,反光胶贴粘贴在移钢机的同侧端头,高度与传感器基本一致。
(2)从控制室附设一根ProfibusDP网线 及一根3*1.5的电源线到传感器安装位置。
(3)连接好传感器端的 ProfibusDP线和终端电阻。
(4)接上24 V电源线。检査确认后合 上电源开关,手动将移钢机开到距激光测距 传感器的最远端,然后调整传感器的水平与 垂直方向,使激光尽可能照射在反光胶贴的 中心位置,以保证激光在移钢机的整个运行 过程中始终照射在反光胶贴上。
5.2软件设置
5.2. 1 Profibus Profile
传感器有两种Profile,一种是EncodeProfile,另外一种是 SICK Profileo 在 Profibus 组态时,选用 SICK Profile, Class20 该 Profile 具有以下优点:4byte input 中包含测量值和诊断信息;4byte output中包 含Preset功能和Laser ON/OFF功能;无扩展 的诊断功能。
5.2.2控制器PLC的网络设置
(1)安装GSD文件,GSD文件在传感器 产品的CD光盘上。用西门子SteP7编程软 件打开原PLC控制器的DP网络配置窗口 , 导入传感器的GSP文件。
(2 )在原profibusDP网络中添加 DME5000 设备,DME5000 的默认 profibus 地 址为6。根据原DP网络地址安排,重新给传 感器一个新的DP地址,传感器其他网络参 数按默认设置。
(3)确认后编译保存并下载到PLC的 CPU中,如图6。因传感器还未设置地址参 数,系统软件配置与硬件配置不一致,此时控 制器会出现网络报警。
5.2.3传感器设置
给传感器通电,进入参数设置窗口。修 改传感器上默认的DP地址006为PLC中给 定的地址⑹,设定其他部分参数并退出参数 设置窗口;然后关掉电源重启传感器,使所有 设定的参数生效,完成传感器的参数设置,原 PLC的网络报警会消除;注意,如果在没有退 出参数设置状态下对传感器断电,当前设置 的所有参数将会丢失。
5.2.4数据接收与转换⑺
在PLC编程软件中读取传感器的数值, 进行适当的格式转换,以便于计算和控制。
5.3位置控制
(1)传感器测量的是位置的绝对值,依 次将移钢机手动开到设计的各个位置,分别 获取各个位置点的测量值。
(2)根据各位置点的测量值,按图7所 示的停车控制位置示意图初步设定S、1 -L、 1-H等相关参数,用于移钢机速度控制和准 确停车。
(3)绘制位置控制逻辑图:停车控制位置示意图,绘制如图8所示的1 流抓钢臂下降位停车控制逻辑图⑻。控制 移钢机的关键在于判断移钢机启动前所处的 位置。当1流抓钢请求信号到来时,如果车 体本身已在位,则直接执行抓钢钩下降抓钢, 否则,当车体在右侧时,启动移钢机正向运 行,反之亦然。
(4)位置控制功能的编写:在原PLC程 序的块文件中新建一个功能,并按图8所 示的停车控制逻辑编写程序,作为位置控制 功能。该功能的输入参数至少包括:A、S、1 -H.1-L及实际位置信号;输出参数有:正 向高速、正向低速,反向高速、反向低速、在 位。
(5)调试:调整好移钢机的制动机构,然 后逐步选取各停车位置使移钢机自动运行, 适当修改SJ-H.1-L等参数值,使移钢机 准确停车。
6结论
激光测距技术在该系统上已稳定运行三 年,连铸后区的铸坯输送设备故障率大幅降 低,解决了该厂铸坯输送的瓶颈问题,给整个 连铸机生产线的正常运行提供了根本保证。 激光测距方式精度高,线路少,信号稳定,安 装调试简单,在移动设备的多位置控制方面 值得推广应用。
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