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案例頻道 （山東萊蕪鋼鐵集團自動化部，山東 萊蕪 271104）王博，張春霞，胡猛
王博 男，現就職于山東萊蕪鋼鐵集團自動化部，從事冶金工業自動化控制工作。
摘要：大多數鋼廠板坯連鑄機的鋼坯切割都是采用火切機定尺切割系統，但在使用過程中發現很多弊端，定尺切割受電磁干擾和環境溫度等因素影響較大。在這種情況下，開發了連鑄機鋼坯鋼坯定重自動切割自動控制系統，在定尺切割的基礎上，引入重量參數，以降低誤差，實現電磁干擾以及環境溫度對切割系統零影響。自引入定重切割技術以來，在更好的完成生產的需要的同時，實現故障率低、準確、效率高、節省勞動力等諸多優點，使職工的工作環境大大提高，其重要性隨著生產應用將更加突出。
關鍵詞：定重切割；精度分析；自動控制
Abstract: The billet cutting system of most contcasters adopts fixed length blaze cutting machine. But the experiences show that it will bring some troubles. Electromagnetism interfere and entironment temperature have great effect on fixed length cutting.So we develop automatic fixed weight cutting system for continuous caster. On the base of fixup length cutting, we introduce parameter of weight to reduce error. We implement zero effect of electromagnetism interfere and entironment temperature on cutting system. The significance will be more and more outstanding along with the application of this system.
Key words: Fixed weight cutting; Precision analysis; Automatic control
1 前言
在改造前萊鋼煉鋼廠4#連鑄機火切機定尺切割采用3#拉矯機上的光電編碼器和雷目公司的紅外定尺系統兩種方式。編碼器的維護量大，拉鋼時有時出現停轉、丟碼、跳變等現象，人為因素誤差較大。紅外定尺系統受電磁干擾和環境溫度等因素影響較大。由于定尺系統存在一定的誤差，造成鋼坯的實際重量與理論重量誤差較大。根據這種情況，開發了板坯連鑄機定重自動切割系統。
2 定重切割原理
2.1 系統的組成
連鑄坯定重切割自動控制系統由四大部分組成：連鑄坯長度檢測部分；連鑄坯重量檢測部分；連鑄坯剪切部分；計算機自動控制部分。安裝連鑄坯自動秤量與長度檢測設備，通過計算機采集信號，轉換成相應的數據，并將實際稱量值與連鑄坯給定量值相比較，將其誤差轉變成長度值，以調節連鑄坯長度來達到連鑄坯定重的目的。
基于以上控制思想，連鑄坯定重剪切自動控制過程不難實現，較困難的是控制精度要達到系統定重的要求。影響系統控制精度因素諸多，總結有以下幾個方面：一次儀表精度的影響；自動稱量精度的影響；自動剪切精度的影響；自動控制精度的影響(數模參數的合理性)；其它因素的影響；如設備的穩定性和可靠性等。
2.2 系統原理
在生產過程中，型鋼廠根據成材規格，將鋼坯重量提供給煉鋼廠作為設定重量，煉鋼廠依據鋼坯重量換算成定尺長度作為4＃機的設定坯長對鑄坯進行切割，然后對切割后的鋼坯進行稱重，將此實際重量與設定重量比較得出偏差，進而對將要切割鋼坯的設定長度進行補償。補償公式：（設定重量-實際重量）/實際重量=（實際定尺-設定定尺）/設定定尺，計算出實際定尺。此信號送到切割機AB-SLC500控制系統。
連鑄機與加熱爐的鋼坯輸送流程，如圖1所示。
圖1 鋼坯輸送流程
（1）實際重量由輥道上動態稱接至出坯塊I/O，經通訊送到公用PLC。
（2）鋼坯動作流程
在每一流出坯輥道上有一檢測元件，目的檢測輥道上有坯，然后橫移機動作：橫移機提起鋼坯，移動到軌道稱上（有檢測元件）。稱量結束后，鋼坯由熱送輥道送至加熱爐，同時橫移機返回；稱量的重量數據以及相應流號由稱重系統傳送至公用PLC；在公用PLC，作一選擇程序，將鋼坯的實際重量發送到流PLC。
（3）定重值的修正
定重切割單元計算出的鑄坯切割尺寸僅是理論計算值，在實際生產中，即使是同一鋼種其密度也有微小的變化，會造成定重偏差，必須采取措施進行校正。
本系統在推理機軟件中開發了定重切割校正功能，采取了逐次逼近-自適應的方法：計算當前一支鋼坯稱量值與設定重量之間的重量差，該重量差再除以本支鑄坯理論切割長度、斷面尺寸等參數，計算出偏差密度△ρ，再把該偏差密度乘以小于1的系數K，得到修正后的偏差密度，用這一支鑄坯的切割密度+/-修正后的偏差密度，求得下一支鑄坯的切割密度，從而使下一支鑄坯得到修正。由于修正系數K小于1，可以達到逐次逼近的效果，避免了超調振蕩的發生，同時，該修正過程系統自動完成，無需人工干預，是一種自適應的過程。計算公式如下：
修正偏差密度：ρx=ρ-（Wl-Ws）*K/（z*k*L）
其中：ρ為對應鋼種密度，千克/立方米；Wl為當前鑄坯實際重量，千克；Ws為設定目標重量，千克；K為修正系數，無量綱；(z*k*L)為單支鑄坯體積，立方米。
下一支鑄坯理論切割長度：L=Ws/（z*k*ρx）
3 定重切割系統的自動控制
連鑄坯重量（分規格）與長度存在著一定的對應關系，當連鑄坯長度檢測一次儀表確定后，連鑄坯長度值與檢測信號也有了一定的對應關系。最終連鑄坯重量控制轉換成了連鑄坯的長度控制。
設：連鑄坯長度值為Li，重量為Gi，兩者折算系數Ca=f（Li，Gi）當連鑄坯給定重量G0，重量誤差△Q =（G0- Gi）折算成長度誤差△L = Ca?Q = Ca?（G0- Gi）△L實質上就是連鑄坯長度的調節量，為避免過量調節產生新的誤差，用系數A緩沖調節（0< A< 1）△L = A?Ca?Q = A?Cn?（G0- Gi）系統確定后，A、Ca 一定，令：Ka= A?Ca△L i= Ka?（G0- Gi）用△Li值動態補償當前連鑄坯剪切長度值，同時考慮剪切機剪切所需時間t，拉鋼速度為Va，發出剪切信號的提前量La，則系統控制數學模型：L i= L（i- 1）+ Ka?（G0- Gi- 1）L a= t?V a
詳細控制過程見圖2。其中系統參數的確定：拉鋼速度Va值可由系統采樣經數據處理得到，剪切時間t相對某一臺剪機是一常數。Va、t參數對系統精度影響不大。主要是Ka值對系統定重精度的影響。由于受到生產工藝各方面的約束，Ca值是變化的，在生產過程中，Ca值必須得到動態修正。修正方法是：不斷存儲在生產控制過程中采集到的連鑄坯控制系統各類參數（如長度、重量、拉速、誤差、剪切時間等），并進行數理統計,逼近參數的實際值和優化Ka值，在計算機內分規格建立起各種連鑄坯的Ka值參數表。實質上，當整套控制系統投入運行后，對連鑄坯長度值的處理可轉換成直接對檢測信號的處理。連鑄坯定重剪切自動控制系統包括連鑄坯長度（拉速）檢測、連鑄坯重量檢測、剪切控制、數據采集、數據處理、監控顯示、系統參數設定、系統管理等功能。
圖2 連鑄坯自動控制流程圖
4 結束語
定重切割其實質是在定尺切割的基礎上，引入重量參數，以降低誤差，但同時也引入了稱重誤差。而稱的選擇只能是安裝在輥道上的動態稱，這是由工藝決定的。動態稱的實際測量精度為在正負千分之五。在現場實際生產中，定重切割系統做得很完善的情況下，每根鋼坯的切割誤差能夠比定尺切割下降64.04%。不但切割誤差下降，自改造后，定重系統運行以來，生產效率和設備開機率明顯提高；維護效率提高。減少了不安全因素，提高了勞動生產率，改善了工作人員的工作環境，減輕了工作人員的勞動強度。
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摘自《自動化博覽》2010年第七期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號