330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 1СК_ПеремещенияСлитка

ВВЕДЕНИЕ

стью применения измерителя на

сокочастотных шумов. Использован

В настоящее время для металлургии

МНЛЗ с числом ручьев более двух тре

ные программные способы позволили

непрерывная разливка является эко

бовалось увеличить зону чувствитель

увеличить

допустимое

расстояние

номичным способом производства

ности (дальность действия) оптичес

между измерителем и поверхностью

стальных заготовок. Современные ма

кого измерителя. Если типичное рас

контролируемого объекта до 4000 мм.

шины непрерывного литья заготовок

стояние от измерителя до слитка для

Однако при этом время расчета значе

(МНЛЗ) позволяют с высокой скорос

крайних ручьев составляет 1600…1900

ний измеряемых параметров возросло

тью производить слитки с заданными

мм, то на четырёхручьевой МНЛЗ рас

в 3 4 раза. К счастью, за последнее

структурными свойствами. При этом

стояние до центральных ручьёв может

время значительно увеличилась вы

контрольно измерительная аппарату

достигать 3700…4000 мм от места раз

числительная мощность

встраивае

ра должна обеспечивать надёжное и

мещения измерителя. При этом также

мых компьютеров. Появление на рын

достоверное слежение за продвижени

необходимо было сохранить приемле

ке новых процессорных плат таких

ем слитка на всём протяжении от кри

мую точность измерения. С этой це

фирм, как

Advantech, Diamond Sys

сталлизатора МНЛЗ до порезки.

В большинстве МНЛЗ для слежения

за скоростью и положением слитка

используют импульсные датчики. Од

нако проведенные на Нижнетагиль

ском металлургическом комбинате

(НТМК) испытания показали, что су

ществует хорошая альтернатива им

пульсным датчикам — бесконтактные

оптические измерители корреляцион

ного типа [1]. На основе выполненных

исследований были разработаны про

мышленные оптические измерители

«РАСТР», предназначенные для экс

плуатации в составе контрольно из

мерительной аппаратуры МНЛЗ.

ПРОМЫШЛЕННЫЙ

ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

«РАСТР»

Результаты испытаний опытного

образца оптического измерителя по

зволили выявить основные направле

ния разработки промышленного вари

18

анта корреляционного измерителя. В

первую очередь в связи с необходимо

Рис. 1. Схема оптического измерителя «РАСТР»

www.cta.ru

СТА 1/2004

кабелю связи в блок элек

Таблица 1. Параметры информационной

троники, где производится

посылки

вся их последующая обра

Наименование

Единица

Количество

ботка. В состав блока элек

параметра

измерения

байтов

троники, внешний вид ко

Длина слитка

мм

4

торого показан на рис. 3,

входят две специально раз

Мгновенная

мм/с

2

работанные платы АЦП для

скорость

Расстояние

оцифровки

видеосигналов,

до поверхности

мм

2

источник вторичного элек

объекта

тропитания (ИВЭП) NAL40

мощью преобразователей интерфейса

фирмы Artesyn Technologies

и встраиваемый компьютер

RS 232 в RS 485 информацию можно

Рис. 2. Внешний вид оптического блока

формата PC/104, в качестве которого

передавать в удаленные контроллеры

был

выбран процессорный модуль

автоматики МНЛЗ; во вторых, благо

tems, Fastwel, Lippert и др., полностью

PCM 3350 фирмы Advantech. Высокая

даря не так давно появившимся шлю

сняло

проблему вычислительной

производительность

процессора (300

зам передачи данных от RS 232 в сеть

мощности для корреляционного из

МГц) позволяет реализовать в режиме

Ethernet (TCP/IP), информацию от

мерителя.

реального времени более сложный и

оптического измерителя можно непо

С учётом постоянного нахождения

точный алгоритм при расчёте переме

средственно интегрировать в сетевое

прибора

в процессе эксплуатации

щения объекта и расстояния до него.

окружение цеха и предприятия.

вблизи горячих слитков в разработан

Малые размеры процессорного моду

Передаваемые

данные не

требуют

ных оптических измерителях «РАСТР»

ля

способствовали

существенному

дополнительной

обработки

и могут

дополнительно усилена теплозащита

уменьшению габаритов всего блока

быть использованы непосредственно

электронных компонентов. С этой це

электроники. Чрезвычайно удобным

как информационной

системой

лью была применена компоновка из

для настройки и калибровки оптичес

МНЛЗ, так и её автоматикой. Имеет

мерителя в виде двух составляющих:

кого измерителя оказалось наличие у

ся в виду, что в цифровом виде пере

оптического блока и блока электрони

модуля PCM 3350 интегрированного

даются уже готовые мгновенные зна

ки. Такое решение позволило вынести

видеоадаптера. На этапе тестирования

чения скорости слитка, а также значе

часть чувствительных электронных

измерителя к электронному блоку

ния длины и расстояния от измерите

компонентов за пределы интенсивно

подключаются дисплей и клавиатура,

ля до поверхности слитка. Информа

го теплового воздействия.

что позволяет легко настроить видео

ция выдается измерителем в виде по

На рис. 1 показана схема оптическо

сигналы фотолинеек и параметры ал

сылок с частотой 8…16 раз в секунду.

го измерителя «РАСТР», а на рис. 2

горитма обработки, причём такую на

Пример структуры посылки показан в

приведён внешний вид его оптическо

стройку можно проводить не только в

табл. 1.

го блока.

лабораторных условиях, но и непо

Оптический блок представляет со

средственно в месте установки изме

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ

бой стереокамеру с двумя объектива

рителя вблизи горячего слитка.

Система

контроля перемещения

ми, которые формируют изображение

Выдача информации оптическим

слитка была реализована на четырёх

поверхности объекта на линейных ма

измерителем производится по интер

ручьевой МНЛЗ. Оптические измери

тричных фотоприёмниках — фотоли

фейсу RS 232. Такой выбор оказался

тели располагались попарно с каждой

нейках. Видеосигналы передаются по

довольно удачным: во первых, с по

стороны,

сбоку

от крайних ручьёв

Рис. 3. Внешний вид блока электроники

Рис. 4. Оптические измерители «РАСТР» на четырёхручьевой МНЛЗ

19

СТА 1/2004

www.cta.ru

Рис. 5. Схема системы контроля перемещения слитка на четырёхручьевой МНЛЗ

и контроллеры управляющей автома

тики SIMATIC (Siemens), располо

МНЛЗ. Расстояние от оптических из

На рис. 5 показана схема системы

женные в специальном помещении.

мерителей до крайних ручьёв состав

контроля перемещения слитка на

Длина линии связи при этом состави

ляло 1800 мм. Центральные ручьи на

МНЛЗ. Измерители соединены кабе

ла 100…200 метров.

ходились на расстоянии около 3700

лем связи с компьютером концентра

В качестве компьютера концентра

мм от измерителей. На рис. 4 приведе

тором, в котором вся информация за

тора использован промышленный

на фотография двух измерителей

поминается и хранится в суточных

компьютер с процессорной платой

«РАСТР», размещённых напротив

файлах архивах. Оптические измери

Сeleron 800 МГц и платами расшире

первого и второго ручьёв МНЛЗ. Не

тели расположены напротив соответ

ния: мультипортовой интерфейсной и

смотря на высокую температуру по

ствующих ручьёв МНЛЗ. Данные от

дискретного ввода вывода. Для приёма

верхности слитка (450…1100°С), при

измерителей с помощью преобразова

информации от оптических измерите

нудительного охлаждения не потребо

телей интерфейса RS 232 в RS 485 пе

лей используется хорошо себя зареко

валось.

редаются на компьютер концентратор

мендовавшая четырёхпортовая плата

www.cta.ru

СТА 1/2004

последовательных интерфей

системы

контроля переме

сов PCL 746+ (Advantech).

щения

слитка

постоянно

Для получения текущих зна

производилось

сравнение

чений длин отрезанных заго

выдаваемых ею данных с ре

товок в компьютер вводятся

альной

длиной

порезанных

сигналы реза

от автоматики

заготовок. За это время было

(длина заготовки вычисляется

выявлено, что точность оп

как разность определяемых с

ределения длины слитка оп

помощью измерителя

теку

тическими измерителями со

щих значений общей длины

ставила порядка 0,15…0,2%.

слитка, зафиксированных по

Построенная

на основе

двум

последовательным си

оптических измерителей сис

гналам реза). Эти сигналы

тема контроля позволяет пе

принимаются и обрабатыва

редавать данные о положе

ются

платой

дискретного

нии и скорости перемеще

ввода вывода PCL 730 (Ad

ния слитка, ходе техпроцес

vantech). Данные, поступаю

са разливки, состоянии из

щие в компьютер концентра

мерительных устройств и т.д.

тор, преобразуются в единую

на подключенные к общеза

информационную посылку,

водской

сети

компьютеры

которая выдаётся в его после

рабочих мест технологичес

довательный порт. Для пере

Рис. 6. Рабочее окно программы с графиками скорости разливки

кого, ремонтного и админи

дачи информации в завод

стративного персонала. Вы

скую вычислительную сеть Ethernet

МНЛЗ, получают информацию от оп

дача информации в вычислительную

(TCP/IP) используется

шлюз типа

тических измерителей через стандарт

сеть

происходит

практически в

ADAM 4570. Благодаря применению

ные коммуникационные модули.

режиме реального времени с частотой

такого шлюза была значительно облег

один раз в 4…10 секунд. Важно отме

чена разработка программного обеспе

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ

тить, что на все компьютеры рабочих

чения для компьютера концентратора.

И ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМЫ

мест специалистов поступает от сис

Контроллеры SIMATIC, составляю

В течение более чем полугода после

темы информация одного типа и что

щие

основу

штатной

автоматики

ввода в эксплуатацию разработанной

на этих компьютерах установлена од

СТА 1/2004

www.cta.ru

Р А З Р А Б О Т К И / М Е Т А Л Л У Р Г И Я

на и та же программа клиент.

нологического

процесса

Данная программа работает в

разливки на МНЛЗ и вы

операционной среде Windows

являть ситуации, ведущие

95/98 и не требует большой

к его нежелательному раз

производительности

ком

витию.

пьютера.

Помимо описанных, в

На рис. 6 показано одно из

спектре колебаний скорос

рабочих

окон

программы

ти слитка могут возникать

клиента. Представленное ок

и другие пики, но их появ

но программы

разделено на

ление

обусловлено,

как

четыре области, соответству

правило, износом или не

ющие четырём ручьям МНЛЗ.

исправностью механичес

В каждой области отобража

кой части МНЛЗ.

ется своя текстовая и графи

ческая информация.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Текстовая

информация

В процессе эксплуатации

включает в себя данные об

системы контроля переме

общей длине слитка, рассто

щения

слитка,

построен

янии от оптического изме

ной на основе оптических

рителя до слитка, текущей

измерителей,

накоплен

скорости разливки, наличии

значительный объём

ин

связи между измерителем и

формации, который позво

компьютером концентрато

Рис. 7. Рабочее окно программы с графиками спектра колебаний

ляет в дальнейшем форма

ром, времени и длине теку

скорости слитка

лизовать

и ввести новые

щей порезки. Для оператив

технологические

парамет

области графической информации от

ного обслуживания системы немало

ры, характеризующие устойчивость

важное значение имеют также входя

ображает текущий спектр колебаний

процесса разливки на МНЛЗ. Следует

щие в состав текстовой информации

скорости слитка по каждому из ручьёв

отметить, что благодаря подключению

данные о таких параметрах, как све

МНЛЗ.

разработанной системы контроля к

тимость и время накопления, кото

Спектр колебаний скорости слит

общезаводской вычислительной сети

рые непосредственно характеризуют

ка содержит информацию о характе

персонал, ответственный за разливку,

работу фотолинеек оптических изме

ре взаимодействия между кристал

может практически в режиме реально

рителей.

лизатором МНЛЗ и слитком. Извест

го времени получать информацию о

Графическая

информация

показы

но, что

кристаллизатору

сообщают

ходе технологического процесса и со

вает изменение скорости разливки во

возвратно поступательное движение

стоянии самой МНЛЗ.

времени. Например, графики на рис. 6

с некоторой частотой f0 для предот

Первоначальный

ожидаемый

эко

отражают момент, соответствующий

вращения прилипания корки слитка

номический эффект от внедрения си

технологической операции

замены

к его стенкам. Значение f0 находится

стемы составляет около 900 тыс. руб. в

промковша на МНЛЗ, когда скорость

в диапазоне до 300 колебаний в ми

год. Однако в ходе промышленной

разливки по всем ручьям уменьшается

нуту. В общем случае возвратно по

эксплуатации системы его

величина

до нуля, а затем после замены пром

ступательные движения кристалли

может значительно вырасти за счет

ковша и возобновления разливки по

затора приводят к появлению в спек

выявления новых возможностей конт

степенно увеличивается.

тре колебаний скорости слитка не

роля технологических процессов, реа

Используемые в системе оптические

скольких пиков. Например, пред

лизовать

которые

традиционными

измерители являются

безынерцион

ставленные на рис. 7 спектры имеют

средствами было бы затруднительно, а

ными и позволяют регистрировать бы

основной пик примерно на частоте f0

то и невозможно. ●

стрые и мгновенные изменения скоро

(для

первого

ручья

МНЛЗ

сти слитка. Проведённые исследова

f0=110 мин 1) и пик на удвоенной ча

ЛИТЕРАТУРА

ния показали, что разработанные оп

стоте колебаний

кристаллизатора

1. Аникин А.В., Иерусалимов И.П., Сукова

тические

измерители

регистрируют

(2f0). Как показано в работе [2], ам

тин И.В. Оптический измеритель скорос

колебания скорости слитка, вызван

плитуда

основного спектрального

ти слитка машины непрерывного литья

ные качанием рамы кристаллизатора

пика на частоте f0 характеризует ве

заготовок// Современные технологии ав

МНЛЗ [2]. Если применить быстрое

личину трения между стенками кри

томатизации. — 2001. — № 4.

преобразование Фурье к регистрируе

сталлизатора и коркой слитка, а на

2. Иерусалимов И.П., Суковатин И.В. Ис

мой зависимости мгновенной скорос

личие спектрального пика на частоте

следование динамики продвижения слит

ти слитка от времени, то можно полу

2f0 и его амплитуда свидетельствуют

ка МНЛЗ при разливке// Сталь. — 2003. —

чить спектр колебаний скорости слит

о степени проявления эффекта при

№ 4.

ка. В системе контроля непрерывно

липания корки слитка к стенкам

производится расчёт данного спектра,

кристаллизатора. В общем случае на

Авторы — сотрудники

и его график также передается по об

основании спектра колебаний ско

Нижнетагильского

22

щезаводской сети. На рис. 7 показано

рости слитка представляется воз

металлургического комбината

рабочее окно программы, которое в

можным судить об устойчивости тех

Телефоны: (3435) 49 0087, 49 0022

www.cta.ru

СТА 1/2004