包钢宽厚板坯定尺长度测量系统开发与应用

摘 要：在板坯连铸机的生产过程中，需用切割机将铸坯按照计划定尺长度进行切割， 铸坯定尺大于设定定尺会导致浪费，铸坯定尺小于设定定尺则会导致废品，即使是误差允许范围内的铸坯，误差越小则生产成本越低，因此铸坯的定尺测量系统的精确度直接关系着生产线的生产成本。

关键词：板坯连铸机；定尺长度；测量系统

0 引言

在连铸生产线上，《连续铸钢板坯》行业标准YB/T2012-2004要求板坯的切割误差为80mm。但是，钢铁行业目前面临着前所未有的困难和挑战，在钢铁微利时代，企业只有通过低成本运行和高利润增效才能在市场竞争中生存。因此，包钢宽厚板生产线通过自身挖潜，开发新定尺长度测量系统，提高测量精度，以此来实现减耗增效的目标。

1 定尺测量使用现状

目前使用的定尺检测装置分为两大类：以编码器为基础的定尺系统和以摄像机为基础的摄像定尺。

使用编码器为基础的定尺装置是将脉冲编码器与拉矫辊相连接，拉矫辊随铸坯运动而转动，脉冲编码器根据拉矫辊的转动计算铸坯长度。由于编码器与拉矫辊连接，通过拉矫辊的转动计算铸坯的长度，辊子长期和高温铸坯接触摩擦导致辊子磨损，辊子受到磨损后会影响码盘的精度，降低定尺准确率。因此辊子需要定期更换，这就增加了维护费用。如果编码器通过中间设备如联接轴、减速箱等联接到拉矫辊上，则中间设备的增加又必然增加系统的误差。

使用摄像定尺时需将摄像机架设在高处，根据红外热成像技术在高处通过定位坯头的位置来定位铸坯的长度。摄像机有视角范围，当定尺长度超出摄像机的视角范围时，则无法进行定尺测量，只能通过增加摄像机数量和提高摄像机高度来解决这个问题。但增加摄像机无疑会增加成本，提高摄像机高度则会降低定尺精度。

2 包钢宽厚板坯定尺测量系统组成

针对目前没有精确控制铸坯切割长度并且以低成本稳定运行的定尺装置这一问题，对原有动态轻压下控制系统进行研究吸收并进一步改进，使其满足现代化生产的需要，开发出了一种铸坯激光测距定尺设备。从而提高铸坯切割的精确度，降低了设备运行成本。

包钢宽厚板坯定尺测量系统主要由激光测距仪，横移小车，拉绳编码器，数据处理模块，计数模块，通信模块，CPU，上位机组成，其系统结构如图1所示。

3 定尺测量装置组成

装置机构主要由激光测距仪，横移小车，拉绳编码器组成。其中在距铸坯外侧大于5米的位置上安装横移小车，横移小车与拉绳编码器相连并在横移小车上固定激光测距仪。激光测距仪加装风冷水冷防尘罩用于提高其使用寿命。横移小车与铸坯相对平行，激光测距仪与铸坯相对等高。装置如图2，其中图中1为拉绳编码器，2为横移小车，3为激光测距仪，4为挡板，5为铸坯。

4 定尺测量系统工作原理

CPU通过通信模块同上位机通信，计划定尺长度按照生产合同通过上位机生成并发送至CPU，CPU依定尺长度控制横移小车，小车根据拉绳编码器的测量值移动到预切割位置，激光测距仪检测铸坯头部的实际位置值，并将位置值通过电缆传送至数据处理模块中，在铸坯头部刚好到达预切割位置时PLC发出预切割命令。

拉绳编码器通过电缆与PLC的计数模块相连接，计数模块采用西门子SM338模块，计数模块对拉绳编码器的电脉冲信号进行处理并将处理后的位置值发送给CPU，其中1个脉冲信号对应0.02mm，横移小车的位置值=脉冲数×0.02mm。

切割枪的位置为横移小车的零点位置，切割机切割位置等于横移小车的设定位置；预切割位置等于横移小车预切割设定位置减去预切割距离，其中预切割距离可由操作人员在上位机中进行设定。

随后横移小车移动到切割位置，在铸坯头部刚好到达切割位置时PLC发出切割命令。

铸坯未到位的情况下，激光测距仪的测量值等于挡板到激光测距仪的距离k1，当铸坯到位后，激光测距仪的测量值等于铸坯到激光测距仪的距离k2。当激光测距仪的测量值由k1变为k2的一瞬间即为铸坯到位时刻。

激光测距仪通过电缆与数据处理模块相连接，数据处理模块采用模拟量输入模块，数据处理模块将激光测距仪的电信号转换成脉冲信号后发送给CPU，其中4～20mA对应0～150米，模块对于低于4mA的数据按0米处理，高于20mA的数据按150米处理，k1和k2均小于150m。

PLC接收上位机发出的定尺长度，根据定尺长度控制横移小车移动到预切割位置和切割位置。

激光测距仪检测到坯头的一瞬间PLC发出预切割命令，切割开始执行预切割动作。随后PLC根据拉绳编码器控制横移小车移动到切割位置，当激光测距仪在切割位置检测到的坯头的一瞬间，PLC发出切割命令控制切割机开始切割。

由于PLC的扫描周期为10ms，所以激光测距仪的数据传输延时导致的误差可以忽略不计。

5 结束语

铸坯定尺的控制精度是铸机生产线的一个重要工艺指标，直接影响生产线的成本。包钢宽厚板铸机生产线的定尺长度检测系统自投用以来，运行正常，满足了铸机对铸坯长度的控制要求，稳定了产线的生产成本。