苗建新,丁海紹

(寶山鋼鐵股份有限公司厚板部,上海 200941)

1 概述

寶鋼股份公司寶山基地5 m厚板產(chǎn)線于2005年投產(chǎn),是國(guó)內(nèi)第一家寬厚板產(chǎn)線,電氣設(shè)備及控制是由西門(mén)子設(shè)計(jì)和調(diào)試,一期設(shè)計(jì)產(chǎn)能150萬(wàn)t。

切頭剪是剪切線的第一道工序,采用滾切式設(shè)計(jì),弧形上刀刃沿著直線型下刀刃滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)剪切,設(shè)置在UST的下游,主要負(fù)責(zé)來(lái)料鋼板的切頭切尾和母板粗切工作。切頭剪來(lái)料鋼板的長(zhǎng)度測(cè)量主要是依靠操作側(cè)剪刃前的測(cè)長(zhǎng)輥測(cè)量計(jì)算,這種接觸式測(cè)量方式受摩擦力、鋼板板形影響較大,測(cè)量越長(zhǎng)誤差越大,而且經(jīng)常發(fā)生測(cè)量輥被鋼板撞壞無(wú)法使用,必須停機(jī)搶修。如果要保證鋼板的定位精度,就必須要保證切頭剪測(cè)長(zhǎng)輥的測(cè)量精度。因此必須定期進(jìn)行標(biāo)定,以保證鋼板的剪切精度。

測(cè)長(zhǎng)輥目前的精度標(biāo)定是先人工測(cè)量測(cè)長(zhǎng)輥的外徑,然后計(jì)算出測(cè)長(zhǎng)輥的周長(zhǎng),再將計(jì)算出的周長(zhǎng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入程序進(jìn)行標(biāo)定[1]。由于是人工測(cè)量的外徑數(shù)據(jù),在測(cè)量工具與測(cè)量方法上難免會(huì)存在誤差,因此每次測(cè)長(zhǎng)輥的標(biāo)定都要反復(fù)進(jìn)行多次,耗時(shí)較長(zhǎng),影響剪切線的正常生產(chǎn)節(jié)奏,而且每次標(biāo)定的過(guò)程中都會(huì)導(dǎo)致成品鋼板的長(zhǎng)尺與短尺現(xiàn)象,造成成品鋼板的降級(jí)或報(bào)廢。

鋼板經(jīng)過(guò)切頭剪后,切除頭部的“舌形”部分,并視板形情況進(jìn)行分段處理,當(dāng)鋼板出現(xiàn)“鐮刀彎”時(shí)可用此剪機(jī)在適當(dāng)位置進(jìn)行分段,以減少鋼板的切邊量,為后續(xù)的邊部剪切做好準(zhǔn)備。適當(dāng)?shù)拇智幸部梢詼p輕定尺剪的工作負(fù)荷,如圖1所示。合理安排切頭剪的剪切計(jì)劃,直接關(guān)系到雙邊剪和定尺剪的剪切計(jì)劃,若切頭長(zhǎng)度大于設(shè)備允許的最大廢料剪切長(zhǎng)度,則需要兩次或更多次的剪切。測(cè)長(zhǎng)輥的測(cè)量對(duì)象是母板,頭部和尾部是無(wú)法使用測(cè)長(zhǎng)輥的,對(duì)于頭尾鐮刀彎的情況,還需要多次單一剪切來(lái)滿足母板的剪切條件。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)規(guī)劃

在鋼板測(cè)量和定位方面,國(guó)內(nèi)很多鋼廠采用的是接觸式測(cè)量和定位方法[2-3],如在切頭過(guò)程中,采用手工劃線測(cè)量、人工對(duì)線剪切的方法。接觸式測(cè)量投入成本低廉,但安裝麻煩,占地大,最大的缺點(diǎn)是測(cè)量和定位不準(zhǔn),嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的剪切精度,制約了產(chǎn)品的成材率。

為此,2014年年底,厚板部利用年修期間對(duì)切頭剪系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造,在切頭剪前設(shè)置1套高清工業(yè)相機(jī)檢測(cè)裝置,在鋼板運(yùn)行過(guò)程中對(duì)鋼板的頭部輪廓進(jìn)行識(shí)別,通過(guò)對(duì)比度的比較及相關(guān)算法,自動(dòng)或手動(dòng)確定出鋼板的最佳切頭距離,并可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送;在切頭剪本體主電動(dòng)機(jī)平臺(tái)下部距離剪切零位1 200 mm位置安裝1套激光測(cè)長(zhǎng)儀,實(shí)現(xiàn)對(duì)母板長(zhǎng)度的非接觸式測(cè)量。

3 測(cè)長(zhǎng)儀工作原理

安裝在主電動(dòng)機(jī)平臺(tái)下部的激光測(cè)長(zhǎng)儀采用激光多普勒測(cè)速原理[4-6],對(duì)長(zhǎng)度和速度進(jìn)行精確測(cè)量,是一種非接觸式測(cè)量技術(shù),如圖2所示。激光測(cè)長(zhǎng)儀利用激光發(fā)射裝置產(chǎn)生兩束干涉光束,形成干涉條紋,來(lái)測(cè)量鋼板運(yùn)行的速度,再通過(guò)速度與時(shí)間的積分來(lái)計(jì)算鋼板通過(guò)的距離。

計(jì)算過(guò)程如下。

光斑間距是干涉光束波長(zhǎng)與入射角的函數(shù),見(jiàn)式(1):

(1)

式中:d為光斑間距;λ為波長(zhǎng);α為入射角。

激光非接觸式的測(cè)量方法簡(jiǎn)單易行,同時(shí)精度非常高,與接觸式的測(cè)量方法相比,減少很多干擾,同時(shí)又不影響生產(chǎn)節(jié)奏。

4 控制關(guān)鍵技術(shù)

安裝在切頭剪主電動(dòng)機(jī)平臺(tái)下部零位后方1 200 mm的測(cè)長(zhǎng)儀,從上到下進(jìn)行工作,從激光測(cè)長(zhǎng)儀測(cè)量出的信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理和整合后得出鋼板長(zhǎng)度值,通過(guò)新建立的通訊接口,發(fā)送給切頭剪控制系統(tǒng)中。在自動(dòng)方式下,在切頭剪PLC控制輥道的速度值,接收來(lái)自測(cè)長(zhǎng)儀檢測(cè)的鋼板長(zhǎng)度反饋信號(hào),加上與定位零位的固定距離,形成位置閉環(huán)控制,以提供鋼板長(zhǎng)度方向上的準(zhǔn)確定位。

在提高了鋼板測(cè)量精度的同時(shí),為了提高鋼板自動(dòng)控制的定位精確度,需要盡量控制鋼板位置到達(dá)設(shè)定位置的準(zhǔn)確性。從定位來(lái)講,控制系統(tǒng)以切頭剪下剪刃刃口為零點(diǎn),入口是負(fù)值,出口是正值,從入口第四個(gè)光柵開(kāi)始建立鋼板的跟蹤[7],另外,入口和出口還有光電開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行跟蹤位置的同步修正,如圖3。

鋼板輸送是通過(guò)輥道來(lái)實(shí)現(xiàn)的,輥道是由數(shù)目一定的電動(dòng)機(jī)來(lái)形成組數(shù),然后統(tǒng)一由變頻器輸出控制,而分合閘及速度控制、斜坡控制等都是通過(guò)切頭剪PLC根據(jù)位置控制的要求來(lái)決定的。當(dāng)建立了位置跟蹤后,定位控制及精度就由功能集成塊來(lái)實(shí)現(xiàn)[8],見(jiàn)圖4。

當(dāng)鋼板定位完成,接收到“完成”脈沖信號(hào)后,生成一個(gè)350 mm的脈沖命令,進(jìn)行選擇判斷,給相應(yīng)的輥道一個(gè)反向低速,進(jìn)而抵消鋼板慣性帶來(lái)的多余行程,最終提高了鋼板的定位精度[9]。

新功能投入后,又產(chǎn)生了一個(gè)新問(wèn)題:剪切鋼板測(cè)量和定位精度有了提高,但是剪切上傳實(shí)績(jī)和設(shè)定值比較偏差較大,基本偏差在200～300 mm間。采用激光測(cè)長(zhǎng)儀提高了鋼板測(cè)量精度,通過(guò)輥道控制優(yōu)化提高了鋼板定位精度,但是由于激光測(cè)長(zhǎng)儀測(cè)量位置是在零位后部1 200 mm處,母板尾部還未離開(kāi)測(cè)量區(qū)域,此時(shí)的測(cè)量和定位工作已經(jīng)完成。當(dāng)剪切鋼板發(fā)生時(shí),擺動(dòng)輥道下降和抬升動(dòng)作都會(huì)使鋼板發(fā)生上下的位置變化,雖然鋼板整體定位位置并沒(méi)有發(fā)生位移,但是此時(shí)激光器測(cè)量的數(shù)據(jù)由于這種干擾發(fā)生了變化,而信息上傳實(shí)績(jī)是根據(jù)當(dāng)時(shí)激光測(cè)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)為依據(jù),導(dǎo)致剪切完成后實(shí)績(jī)上傳數(shù)據(jù)發(fā)生了較大的偏差。解決方法是當(dāng)鋼板定位完成,還沒(méi)有剪切之前就發(fā)送實(shí)績(jī)[10],不要等待剪切完成后再發(fā)送實(shí)績(jī),這樣就避免了實(shí)績(jī)受干擾的情況了,如圖5所示。

5 效果分析

該系統(tǒng)自2014年12月投入至今,系統(tǒng)功能完善,性能穩(wěn)定可靠,完全能滿足工藝要求,人機(jī)界面友好,便于操作維護(hù)和控制。原有測(cè)長(zhǎng)輥模式繼續(xù)保留,可以在操作畫(huà)面一鍵式切換,兩種測(cè)量方法都可以使用。如圖6所示,左側(cè)紅框內(nèi)為激光測(cè)長(zhǎng)儀投入畫(huà)面,當(dāng)“enable”為灰色時(shí)表明投入激光測(cè)長(zhǎng)儀檢測(cè)鋼板,反之采用測(cè)長(zhǎng)輥測(cè)量鋼板,測(cè)長(zhǎng)輥測(cè)量數(shù)據(jù)在畫(huà)面中部紅框內(nèi)顯示。這種二選一模式可以減少由于測(cè)量異常導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間,切換到另一個(gè)正常模式繼續(xù)生產(chǎn),待停機(jī)時(shí)處理。

由表1可知,采樣長(zhǎng)度為10～20 m左右的鋼板,激光測(cè)長(zhǎng)儀所測(cè)量的值與實(shí)測(cè)值比較誤差均控制在5 mm左右,其長(zhǎng)度測(cè)量精度達(dá)0.025%;而測(cè)長(zhǎng)輥測(cè)量值與實(shí)測(cè)值比較誤差較大且波動(dòng)大,其長(zhǎng)度值不穩(wěn)定,不利于精確控制鋼板的分段。

表1 測(cè)量數(shù)據(jù)比較Table 1 Comparison of measured data mm

6 結(jié)論

厚板部切頭剪機(jī)組在使用激光測(cè)長(zhǎng)儀器進(jìn)行鋼板長(zhǎng)度測(cè)量過(guò)程中,不斷完善各種參數(shù)配置、優(yōu)化程序等,使激光測(cè)長(zhǎng)方式在實(shí)際生產(chǎn)中得到很好的應(yīng)用。采用激光測(cè)長(zhǎng)儀的非接觸式測(cè)量方法完全可以取代測(cè)長(zhǎng)輥的接觸式測(cè)量方法,且精度得到很大的改善。在鋼板定位系統(tǒng)方面,對(duì)輥道控制的優(yōu)化有效降低了鋼板慣性對(duì)鋼板定位精度的影響,并確定了最佳剪切位置,剪切實(shí)績(jī)的生成和上傳功能優(yōu)化也保證了信息跟蹤與實(shí)物的有效一致。切頭剪這些新功能得到整體應(yīng)用,提高了鋼板的定位精度,提高了鋼板的剪切精度,減少了尺寸異議差錯(cuò),便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)控制功能,提高了生產(chǎn)效率和鋼板成材率,具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和推廣價(jià)值,只是激光測(cè)長(zhǎng)儀維護(hù)要求高,且費(fèi)用昂貴,備件和修復(fù)費(fèi)用較高。