论激光测距仪在连铸机接坯横移台车定位上的应用

【摘要】本文主要介绍利用如何利用激光测距仪的高精度及稳定性代替传统的增量型编码器进行位置控制，从而实现横移台车精准自动定位自动接坯功能，加快板坯热装热送节奏，同时大大减少人工手动接坯送坯的劳动强度。

【关键词】PLC；PID控制；增量型编码器；接近开关；激光测距仪

一、前言

涟钢210转炉厂在十一五项目建设时共设计两台一机两流的连铸机，生产铸坯的厚度规格：210mm、230mm、250mm，长度规格：4500mm-11000mm，宽度规格900-2150mm。一台由国内西安重型机械研究所负责工艺、设备设计；另一台由意大利的达涅利公司负责工艺设备设计，其中两台连铸机的自动化控制部分全由达涅利负责开发调试。两台连铸机分别于2009年9月投产和2010年5月份投产，共用一条出坯线系统（由3台横移台车组成，两用一备）经上线辊道实现全自动接坯送坯到2250热轧机。

二、目前存在的问题

整个出坯线机械部分及控制要求由西安重型机械研究所进行设计，两台连铸机共用，配置3台横移台车两用一备，每台横移台由两台带增量型编码器的45KW电机变频驱动，外加19个接近开关配合编码器进行定位。横移台车行走速度正常60m/min，最高可达80m/min，但在投产后的一段时间，3台横移台车都存在各种问题，外方调试专家一时也没有好的办法。具体表现为：

1.定位不准，调整好在1流接坯，2流可能又不行，需要操作人员手动点动来调整，不但耗时而且定位不够精确经常坯子会撞到横移台车辊道两边的护板上引发更大的事故。

2.经常在行走过程中两台电机无规律地报编码器故障停车，复位后只能使用手动送坯，速度慢且操作人员操作难度加大。

3.经常在接送坯过程中发生编码器位置跳变，导致实际行走的位置还没到达，但程序控制认为已经到位停车，操作人员必须手动开车且开回横移台车原点进行清零操作。

4.台车经常在接坯的1流或2流位置停不下来，总是来回往复地调整位置，原因是编码器有位置跳变情况，正负偏差不能稳定在20mm之内。

综合以上情况，在坯子宽度小于1800mm，操作人员手动还能应付，但当生产2000mm及以上时，靠人工手动定位接坏难度太大。不仅给操作人员增加了大量工作，19个接近开关经常需要调整，更换，维修工作量也很大，也使得维修人员长期头疼，降低台车的行走速度至40m/min也未能解决这些问题，这些问题的解决已经到了刻不容缓的地步。

三、原因分析及改进措施

3.1原因分析

通过对横移台车系统设计控制方式的研究发现，整个系统采用西门子S7-300的PLC及6ES70变频器速度闭环控制。其中横移台车的定位主要是通过两台电机轴上编码器的计数反馈给变频器，变频器再将编码器信号传给PLC进行位置反馈控制。再利用现场19个接近开关进行原位清零、1流减速位校准、1流停止位校准、2流减速位校准、2流停止位校准、上线减速位校准、上线停止位校准等在台车行走过程中对编码器位置进行纠偏校准。

从理论上来说，这种设计是可行的且能够精确定位，但在实际应用中由于多方面原因造成此种设计在使用过程中问题较多。比如台车在行走过程中车轮打滑、编码器松动、轨道磨损及车体振动大等原因均会造成编码器计数错误导致实际停车位置与检测到的位置差距较大，尽管通过了很多接近开关进行位置校准，但实际如果维护工作不到位，接近开关坏掉或者档块变形等原因造成信号没有被检测到的话，编码器的误差会越来越大，要精确定位也会很难很难。

另外由于编码器安装在电机轴上，编码器的电缆随电机的动力电缆一起通过拖链运行时，电缆经常弯曲容易折断或者受到强电的干扰也会造成变频器报编码器故障或者计数不准，严重影响了台车的高效稳定运行。

3.2改进措施

通过对市场上各厂家激光测距仪参数的了解，我们选用了天津ECLO型号为ELPD-D30LI6的激光测距仪，有效行程100m（现场最大行走距离约70-80m），精度：1mm，信号采用4-20mA直接进行PLC控制系统。首先对1#横移台车进行改进（其他两类似方法），把原来电机上的编码器甩掉，仅在台车安装一块400mmX400mm的反射板，把激光测距仪固定安装在机下，在PLC程序中直接用激光测距仪信号代替原来编码器的信号。这样的话台车实际位置不受车轮打滑、车体振动等影响，而且再也不需要接近开关进行位置校准。其次把每台横移台车的实际位置，目标位置、故障状态、运行电流信息在HMI上实时显示出来，这样更加直观对横移台车进行监控和故障判断。

3.3改进后效果

整个改进设备的安装及调试仅能用了一天的时间，台车的定位精度提高到5mm，速度也提高到60m/min，自动接坯送坯的成功率达到了99%，几乎不要操作人员去干预。维护人员再也不用天天去检查编码器、调整限位，只要每周对台车上的激光反射板检查有无松动即可，台车定位、接坯送坯达到12个月无故障，

四、结束语

此种改进简单明了，定位精确、维修工作量少，得到维修和操作人员的充分肯定，真正实现了设计上全自动接坯送坯功能。之后在与西安重型机械研究所及达涅利公司交流中得到他们的认可，并且在他们之后设计的横移台车出坯线系统中采用了此种定位方式。此种改进在210转炉厂内部LF及RH钢包车定位上进行了推广应用，效果甚好。