激光测距仪在板坯连铸二次切割系统中的应用
激光测距仪在板坯连铸二次切割系统中的应用
作者:李克
山东钢铁股份有限公司莱芜分公司(全文简称 莱钢)宽厚板连铸机主要生产厚度为200 mm,250 mm 和300 mm,定尺范围2.7 - 4.3 m的板坯。由于宽厚 板轧机的生产需要以及对成材率的较高要求,板连 铸机在线一次、二次切割均采用非接触式摄像定尺 系统来进行铸坯切割。在其投用初期,发现该定尺系 统有很多不完善的地方。在对定尺软硬件进行升级 改造后,铸坯切割误差控制在了 0 ~ 50 mm范围内, 基本满足了生产要求。为了进一步提高经济效益,最大程度的减小切割余量,提高切割成材率,降低废坯 损耗,莱钢在一次、二次切割车上进行了多次的测试 与数据统计,发现二次切割系统中产生的误差较大, 通过激光测距仪,设备改进,可以实现铸坯切割精度的进一步提高。
O 1切割系统中存在的问题
二次切割系统中有2台火焰切割机,原设计中 切割车的行走定位依靠安装在车体上的位置编码 器。虽然编码器计数精确度高,但当两个切割车分别 回到原位时,需要利用原位接近开关对编码器计数 进行清零。由于惯性的原因,切割车在回到起始位, 金属挡板触发原位限位时,并不能立刻停止运动气 这样就出现程序中切割车位置被赋零,实际切割车 不完全停止在零点上的状况。
当母坯进入二切辐道并准备子坯切割,非接触式 摄像定尺系统计算完2台切割车准备行走距离后,由 西门子S7-300 PLC系统控制从原位开始行走至目标 收稿日期:2013-12-23 作者简介:李克(1980—),男,于山东钢铁股份有限公司莱芜 分公司自动化部从事自动化维护工作,工程师。E-mail: lglike@126.com 值。由于原位值的不准确性,造成切割车实际走位产生 好,切完的子卧生了较大的定尺好。组 统计,上述现象将使每个切割车产生约5 ~ 10 mm的 原位误差。由于切割车使用的是增量型编码器且每次 切割车产生的好值没有规律性,若取消利用原位限 位对编码器计数进行清零的设计,切割车运行一段时 间后产生的偏差会更大,定尺精度将更难控制。
激光测距仪应用后,可以取代大车行走编码器, 结合西门子PLC系统对切割车的位置行走进行控 制。当大车返回到原位后,不需要对激光仪测得数据 进行清零处理,激光仪所测位置值能够反映实际状 况,2台切割车的行走误差将得到有效控制。
2激光测距仪在定尺系统中的应用
2.1激光测距仪的选型
莱钢选择高温激光测距仪应用在切割机上。该测距仪采用相位比较原 理进行测量。激光传感器发射不同频率的可见激光 束,接收从被测物返回的散射激光,将接收到的激光 信号与参考信号进行比较,最后用微处理器计算出相 应相位偏移所对应的物体间距离,可以达到1 mm 测量精度。
激光测距仪主要由激光传感器、连接电缆、不锈 钢防尘罩、安装支架4部分组成。使用可见激光束, 易于瞄准被测物,其测量范围可达30 m。传感器采 用水冷和风冷2种冷却方式,设备工作电压10~30 Vo 可实现RS422数据通讯与4 ~ 20 mA模拟量同时输 出,并能用不同的参数对开关量输出和模拟量输出 分别编程。
2.2顺测距仪的安装与调试
二次切割系统中有2台火焰切割机,需要新增 2套激光测距仪。莱钢将2台激光测距仪分别安装 在切割车原位附近的固定支架上,在2个切割车轮 子附近安装1块涂有白漆的金属挡板,用于反射激 光束切割车的行走目标位置是由一套独立的非接触 式摄像定尺系统,结合计划定尺、所测母坯坯头位置 及大车位置检测设备测量值计算出来的。作为位置 检测设备,激光测距仪与摄像定尺主机之间采用 RS422接口进行数据传输,该通讯方式传送距离长, 数据传输快,可以保证数据同步性。由于大车行走电 机是由西门子S7-300 PLC通过变频器进行控制的, 激光测距仪所测位置值也要传到PLC系统中。
摄像定尺主机与S7-300 PLC之间在工业以太 网上利用OPC进行数据交换,由于该数据交换方式 有相对较长的迟滞时间,摄像定尺系统通过RS422 获得的大车位置数据再传给PLC系统后,大车行走 时不能准确到达行走目标位置,影响切割精度。为了 使切割车准确到达目标位置,莱钢将激光测距仪的 4 ~ 20 mA模拟量输出信号直接接入S7-300 PLC系 统,并修改控制程序。重新测试后,切割车可以准确 的到达目标位置,保证了子坯切割精度。
激光测距仪同时利用RS422接口和4~20mA模 拟量输出接口向控制系统中传输数据,为了能及时发 现可能出现的故障,莱钢将PLC接收4 ~ 20 mA模拟 量娜处顚再限给摄像定尺主机,使其与RS422 通0??行比较,并把相关数据显示在摄像定 尺HMI上(见表1),保证了切割系统的稳定性。
另外,二次切割系统增加两个激光测距仪后,原有 的大车行走编码器将不再参与切割车行走控制。在摄像定尺HMI上新增使用编码器与使用激光测距仪两 个选项,使大车编码器在激光测距仪出现故障时可完 成蜒切换,保障生产秩序不受影响,起到了冗余的作 用,减小了故障停和肆,降低了人工切坯的劳动强度。
3激光测距仪使用中遇到的问题
当进行子坯切割时,二切辕道上的热坯产生的 热辐射对激光测距仪影响很大。由于激光测距仪工作 温度为-10-50 激光测距仪本体需使用流动的 水进行冷却,传感器发光口附近采用氮气冷却并进 行吹扫。不锈钢防尘罩前端下部需要开孔,便于水雾 凝结产生的积水及时排出,避免激光测距仪玻璃镜 头进水。在激光测距仪与辗道之间应加装一块金属 挡板,并将金属挡板上包隔热石棉布,可以有效阻隔 热辐射。经测试,激光测距仪的工作环境可以有效的 保持在30 ~ 40 Y范围内,保证了设备的使用寿命。
4应用效果及前景
激光测距仪在二次切割系统应用后,切割车行 走误差被控制在了2 mm以内。子坯定尺误差控制 范围由0 ~50mm缩小为0~40mm,其中误差在 0 ~ 30 mm内的二切子坯合格率由改造前的81%提 升到了 93%,0~ 20 mm范围内的合格率由改造前的 43%提升到了 68%,产生的废坯数量大大减小,经济 效益显著提高。
使用激光测距仪来提高定尺系统大车的定位精 确,不但可以用在二次切割,也可以用在一次切割。 既可以用在板坯连铸机,也可以推广应用在其他类 型连铸机,用于减小切割误差,降低废品产出量,具 有很好的推广价值。
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