Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 1СУ_ПорезкиСлитков

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
242.18 Кб
Скачать

СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ МЕТАЛЛУРГИЯ

Контроль порезки слитков на блюминге

Игорь Иерусалимов, Юрий Карфидов, Александр Литвинов

В статье описана система контроля порезки слитков на блюминге. Система основана на использовании оптических корреляционных измерителей скорости для контроля положения слитка перед порезкой. Рассказано о сетевых возможностях системы и её интеграции с системами учёта и мониторинга производства.

 

 

В металлургическом производстве

производственных участков, в том чис

Одним из решений проблемы являет

 

 

технология прокатки слитков на блю

ле и блюминга. Дополнительно возрос

ся использование специализированных

 

 

мингах считается довольно традицион

ли требования к снижению ненорма

телевизионных систем. Пример реали

 

 

ной и поэтому не слишком привлекала

тивной обрези при порезке. Всё это оп

зации такой системы хорошо изложен в

 

 

внимание разработчиков контрольно

ределило поиск новых технических ре

работе [1]. Её принцип основан на по

 

 

измерительных систем. Одной из опе

шений.

лучении на экране компьютера цифро

 

 

раций, производимых над слитком, яв

 

вого изображения горячего слитка. Для

 

 

ляется его порезка на заготовки блю

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

точного позиционирования слитка от

 

 

мы, а также отрезание дефектных го

Для точной порезки слитков на заго

носительно линии реза изображение с

 

 

ловного и донного участков. С точки

товки требуется предоставить резчику

телекамеры программно совмещают с

 

 

зрения разработчиков измерительных

информацию о текущем положении

предварительно формируемой коорди

 

 

систем условия здесь тяжёлые: старые

слитка относительно ножниц. Для это

натной сеткой. Разумеется, такая сис

 

 

производственные площадки с нали

го на рольганге обычно устанавливают

тема значительно облегчает работу опе

 

 

чием большого количества пыли и па

ся специальные метки, служащие ори

ратора, однако она не позволяет в пол

 

 

ра, а также старое и сильно изношен

ентирами остановки слитка при вы

ной мере решить задачу автоматизиро

 

 

ное оборудование, для которого харак

бранной длине порезки. Ориентируясь

ванного учёта порезки блюмов.

 

 

терна сильная болтанка слитков, осо

по этим меткам, оператор производит

 

 

 

бенно в поперечном направлении. До

порезку слитка. Однако при такой сис

СПОСОБ РЕШЕНИЯ

 

 

настоящего времени требования к точ

теме слишком велико влияние квали

При разработке системы контроля

 

 

ности порезки слитка на блюминге бы

фикации оператора на точность рас

порезки были использованы оптиче

 

 

ли невысокие. Однако современные

кроя слитков. Более того, при частых

ские корреляционные измерители соб

 

 

тенденции управления производством

сменах планов раскроя слитков и при

ственной разработки. Такой измери

 

 

потребовали включения в автоматизи

высоком темпе проката вероятность

тель представляет собой цифровую

 

 

рованные системы практически всех

ошибок со стороны резчика возрастает.

стереокамеру с линейными матричны

 

 

 

 

ми фотоприёмниками. Один из кана

 

 

 

 

 

 

 

 

лов камеры определяет перемещение

 

 

 

 

объекта в относительных единицах.

 

 

 

 

Используя информацию от второго ка

 

 

 

 

нала, определяют расстояние до объек

 

 

 

 

та, и в результате перемещение изобра

 

 

 

 

жения преобразуется в реальное пере

 

 

 

 

мещение объекта. Подобные измери

 

 

 

 

тели используются для слежения за

 

 

 

 

скоростью и длиной слитка при раз

 

 

 

 

ливке стали на машинах непрерывного

 

 

 

 

литья заготовок (МНЛЗ) [2, 3]. Скоро

 

 

 

 

сти продвижения слитка на МНЛЗ не

 

 

 

 

велики, обычно это 0,01…0,05 м/с, по

 

 

 

 

этому реализация корреляционного

 

 

 

 

измерителя для такого перемещения не

18

 

 

Ножницы горячего реза блюминга

встретила особых трудностей. Однако

 

 

на блюминге скорость слитка может

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

СТА 1/2007

© 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я / М Е ТА Л Л У Р Г И Я

 

щей работе был применён другой под

получения оптимального уровня ви

 

ход.

 

 

деосигнала.

 

 

 

Оптический измеритель непрерывно

Дополнительной трудностью при ис

 

анализирует уровень сигнала на своих

пользовании оптического измерителя

 

матричных фотоприёмниках. В случае

явилось наличие окалины на поверх

 

если уровень сигнала меньше некото

ности слитка. Причём самое неприят

 

рого значения, измеритель переходит в

ное заключается в том, что в процессе

 

режим поиска края горячего слитка.

движения слитка окалина интенсивно

 

Режим поиска края заключается в про

и совершенно непрогнозируемо осы

 

ведении

управляющей

программой

пается с его поверхностей. Визуально

 

анализа формы видеосигнала с одного

это напоминает хаотические оптиче

 

из матричных фотоприёмников. На

ские помехи при наблюдении объекта

 

рис. 1 схематически показана ситуа

и приводит к тому, что корреляцион

Рис. 1. Вхождение края слитка в поле

ция, когда край горячего слитка входит

ный алгоритм в таких условиях даёт не

зрения измерителя

в поле зрения измерителя. Форма ви

достоверные значения

перемещения

 

деосигнала представлена на рис. 2.

объекта. Для парирования такого рода

достигать 2,5…3,0 м/с, поэтому в дан

По оси абсцисс графика отложены

сбоев алгоритм расчёта был дополнен

ном случае для корреляционного изме

координаты (N) в пикселах матрицы

функцией слежения за монотонностью

рителя потребовалась доработка алго

фотоприёмника, а по оси ординат –

скорости. При

обнаружении резкого

ритмов слежения за положением про

соответствующие значения амплитуды

скачка величины текущей скорости из

ката.

сигнала (A). Для определения пиксел

меритель начинает выдавать экстрапо

Корреляционный принцип измере

ной координаты края слитка произво

лированное значение скорости по за

ния надёжно работает в процессе сле

дится анализ второй производной оги

ранее определённому закону (напри

жения за перемещением проката, од

бающей видеосигнала. Пикселная ко

мер, линейному), и это продолжается

нако имеются трудности при обнару

ордината, в которой вторая производ

до тех пор, пока не восстановится мо

жении объекта. Речь идёт о том, что не

ная имеет значение нуля, принимается

нотонность измеряемой скорости или

обходимо точно определить положение

за координату края слитка. На рис. 2

не исчерпается

некоторый заданный

слитка при его появлении в поле зре

маркером обозначена точка, соответст

интервал времени.

 

ния оптического измерителя. Но в мо

вующая краю горячего слитка.

Подобные

методы

повышения

менты времени, когда край слитка на

Такой способ обнаружения края по

надёжности измерения скорости хоро

чинает продвигаться мимо измерителя,

зволил отказаться от применения барь

шо себя зарекомендовали как при ис

корреляционный принцип измерения

ерного датчика для инициализации из

пытаниях, так и в процессе промыш

не даёт точного определения абсолют

мерений положения слитка. Дополни

ленной эксплуатации. Благодаря при

ного положения края слитка. Это свя

тельный программный анализ изобра

нятым мерам достоверность измере

зано с очень сильным изменением ха

жения края позволил убрать оптиче

ний не опускалась ниже 95% независи

рактера получаемых изображений объ

ские помехи, связанные с бликами и

мо от наличия окалины на слитке.

екта: происходит резкое изменение ам

посторонними засветками.

На рис. 3 показана типичная времен

плитуды видеосигналов, а также имеют

После обнаружения края слитка и

'

 

 

ная зависимость скорости слитка при

место блики и засветки от бортов на

расчёта

его положения

относительно

его порезке. Можно видеть, что опти

правляющих рольгангов. В металлур

рольганга измеритель переходит в ре

ческий измеритель подробно регистри

гии эту проблему решают путём разме

жим слежения за продвижением слит

рует все изменения скорости при неод

щения специальных барьерных датчи

ка по корреляционному алгоритму.

нородном движении слитка.

ков, при срабатывании которых произ

При этом в зависимости от светимости

 

 

'

На рис. 4 приведена временная зави

водят корректировку показаний опти

слитка измеритель автоматически ре

симость положения слитка относи

ческих измерителей. Однако в настоя

гулирует экспозицию фотолинеек для

тельно ножниц.

 

 

 

 

 

 

 

19

 

Рис. 2. Видеосигнал от края слитка

 

'

 

 

 

Рис. 3. Временная зависимость скорости слитка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТА 1/2007

 

 

www.cta.ru

© 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru

 

 

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я / М Е ТА Л Л У Р Г И Я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

дачей потребителей информации ос

 

 

Технические характеристики оптического измерителя

таётся лишь её отображение.

 

 

 

 

 

 

Благодаря такой глубокой начальной

 

 

Диапазон допустимых скоростей объекта

 

 

от –3,0 до +3,0 м/с

 

 

 

 

обработке данных структура системы

 

 

Расстояние до слитка

 

 

2000…2500 мм

 

 

 

 

получилась довольно простой. На рис. 6

 

 

Допустимое изменение расстояния до слитка при движении

 

до 600 мм

 

 

 

приведена общая схема измерительной

 

 

Погрешность измерения текущей длины слитка

 

 

0,20%

 

 

 

 

системы. Для организации связи между

 

 

Погрешность измерения скорости слитка

 

 

1%

 

 

 

 

измерителем и постом оператора по ин

 

 

Темп выдачи информации

 

 

100 раз в секунду

 

 

 

 

терфейсу RS 485 применялся конвертер

 

 

Интерфейс связи

 

 

RS 485

 

 

 

 

интерфейса I 7120. В промышленном

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

компьютере, размещённом на посту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оператора резчика, использована про

 

 

 

 

 

 

цессорная плата ROCKY 512 (ICP) с ус

 

 

 

 

 

 

тановленным

процессором

 

 

 

 

 

 

GX1/300 МГц. В корпусе компьютера

 

 

 

 

 

 

PAC 106 (ICP) размещался блок пита

 

 

 

 

 

 

ния NLP65 (Artesyn Technologies). Бла

 

 

 

 

 

 

годаря применению процессора с ма

 

 

 

 

 

 

лым тепловыделением

вентиляторов

 

 

 

 

 

 

для охлаждения не потребовалось.

 

 

 

 

 

 

В приведённой на рис. 6 структуре

 

 

 

 

 

 

системы информация, полученная от

 

 

 

 

 

 

оптического измерителя, выдаётся на

 

 

 

 

 

 

компьютер оператора резчика. На дис

 

 

 

 

 

 

плее отображается координата передне

 

 

 

 

 

 

го края слитка относительно линии реза

 

 

 

 

 

 

ножниц. Ориентируясь по значению

 

 

 

 

 

 

этой координаты, оператор производит

 

 

Рис. 4. Временная зависимость положения слитка относительно ножниц

порезку слитка на заготовки блюмы

 

 

 

 

 

 

требуемой длины. Для

регистрации

 

 

Технические характеристики оптиче

мационной

телеграмме содержались

факта порезки сигнал реза от ножниц

 

 

ского измерителя приведены в табл. 1.

данные о текущем положении передне

подаётся через плату дискретного ввода

 

 

 

го края слитка относительно измерите

PCL 730 (Advantech) в компьютер, где в

 

 

СОСТАВ СИСТЕМЫ

ля, а также текущие значения скорости

локальной базе данных создаётся новая

 

 

Оптический измеритель располагал

слитка и его бокового смещения.

запись о времени порезки, длине блюма

 

 

ся вблизи подающего рольганга на рас

Следует отметить, что обработка изо

и его порядковом номере. Программное

 

 

стоянии 2 м от проката, как показано

бражений и расчёт координат продви

обеспечение компьютера резчика реа

 

 

на рис. 5. Дополнительных мер по при

жения слитка производятся внутри оп

лизовано в операционной среде Linux.

 

 

нудительному охлаждению корпуса

тического измерителя. В интерфейс

Это позволило организовать в реальном

 

 

или очистке оптики измерителя в про

выдаются уже готовые, не нуждающие

времени как отображение информации

 

 

цессе промышленной эксплуатации не

ся в дополнительной обработке данные

для резчика, так и её передачу в систему

 

 

потребовалось. Калибровка измерите

о текущем положении слитка относи

учёта и мониторинга проката верхнего

 

 

ля производилась предварительно в ла

тельно линии реза. Таким образом,

уровня.

 

 

 

 

боратории, поэтому после монтажа по

весь «интеллект» полностью сосредо

Передача информации в локальную

 

 

требовалось ввести в систему только

точен на нижнем уровне системы. За

сеть осуществляется по протоколу

 

 

расстояние от его оптической оси до

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

линии реза слитка. Большой допусти

 

 

 

 

 

 

 

 

мый диапазон изменения расстояния

 

 

 

 

 

 

 

 

до слитка существенно облегчил раз

 

 

 

 

 

 

 

 

мещение измерителя вблизи рольганга.

 

 

 

 

 

 

 

 

В качестве встроенного компьютера

 

 

 

 

 

 

 

 

измерителя использовалась процес

 

 

 

 

 

 

 

 

сорная плата PCM 3350 (фирма

 

 

 

 

 

 

 

 

Advantech), выполненная в формате

 

 

 

 

 

 

 

 

PC/104. Программное обеспечение оп

 

 

 

 

 

 

 

 

тического измерителя функциониро

 

 

 

 

 

 

 

 

вало в операционной системе MS

 

 

 

 

 

 

 

 

DOS, которая позволила реализовать

 

 

 

 

 

 

 

 

режим «жёсткого» реального времени.

 

 

 

 

 

 

 

 

Данные передавались по интерфейсу

 

 

 

 

 

 

20

 

RS 485 с темпом 100 информационных

 

 

 

 

 

 

 

телеграмм в секунду. В каждой инфор

Рис. 5. Расположение оптического измерителя относительно подающего рольганга

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

 

 

 

СТА 1/2007

© 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru

 

 

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я / М Е ТА Л Л У Р Г И Я

 

Ножницы

Система учёта

Техническое

 

 

обслуживание

 

 

 

 

Оптический измеритель

 

 

Слиток

PCM 3350

 

 

Объектив

 

 

 

I 7120

 

 

 

 

 

Объектив

 

 

 

RS 485

Информационная

 

 

 

сеть (TCP/IP)

 

 

Пост оператора резчика

 

 

ROCKY

 

 

 

I 7120

832

 

 

PCL 730

NLP65

 

 

Сигнал реза (от ножниц)

 

 

Рис. 6. Структурная схема измерительной системы

му цехового учёта. Существующая в

 

 

 

 

 

 

этой системе информация о плавках,

 

TCP/IP.

Каждый

 

 

марках стали и заказах соотносится с

 

 

 

 

пользователь, под

 

 

текущими результатами порезки. По

 

ключённый к сети,

 

 

лученные данные выводятся в систему

 

имеет возможность

 

 

общего мониторинга

производства в

 

в реальном времени

 

 

той части, которая касается прохожде

 

получать информа

 

 

ния металла через ножницы блюминга.

 

цию и в буквальном

 

 

На рис. 8 показан экран рабочей

 

смысле

наблюдать

 

 

программы клиента системы монито

 

за порезкой слитка.

 

 

ринга цеха. Состояние участков цеха и

 

Это важно для тех

 

 

производственные потоки показаны в

 

нического

обслу

 

 

виде мнемосхем. Как правило, инфор

 

живания как систе

 

 

мация в систему учёта вводится персо

 

 

 

 

 

 

 

мы, так

и

самого

Рис. 7. Окно программы+клиента для наблюдения за работой системы

налом вручную. В то же время растёт

 

оптического изме

 

 

доля информации, поступающей от ав

 

 

 

 

рителя. Кроме информации о длине

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

слитка, в сеть передаются текущие па

 

 

 

 

 

 

раметры измерителя: уровни сигналов,

 

 

 

 

 

 

максимальное и минимальное значе

 

 

 

 

 

 

ния экспозиции на матричных фото

 

 

 

 

 

 

приёмниках. Ориентируясь по этим

 

 

 

 

 

 

значениям,

в процессе эксплуатации

 

 

 

 

 

 

системы можно делать заключения об

 

 

 

 

 

 

исправности оптического измерителя,

 

 

 

 

 

 

а также о необходимости и срочности

 

 

 

 

 

 

его технического обслуживания. На

 

 

 

 

 

 

рис. 7 показан вид окна программы

 

 

 

 

 

 

клиента для наблюдения за работой

 

 

 

 

 

 

системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

ИНТЕГРАЦИЯ

 

 

 

 

 

 

С СИСТЕМОЙ УЧЁТА

 

 

 

 

 

 

ПРОИЗВОДСТВА

 

 

 

 

 

 

Информационная сеть соединяет

 

 

 

 

 

 

компьютер оператора с сервером сис

 

 

 

 

 

 

темы учёта. Данные о текущей порезке

 

 

 

21

 

в реальном времени поступают в систе

Рис. 8. Экран программы+клиента системы мониторинга цеха

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТА 1/2007

 

 

 

 

www.cta.ru

© 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я / М Е ТА Л Л У Р Г И Я

томатизированных

измерительных

достаточно, чтобы на основе оптиче

соответствующими диапазону скоро

систем, в том числе и от оптического

ских корреляционных измерителей

стей металлургического проката до

измерителя. На мнемосхеме, при

производить порезку слитков на блю

8 м/с.

ведённой на рис. 8, отмечен участок

минге.

 

ножниц блюминга, где расположен из

Интеграция измерительной системы

ЛИТЕРАТУРА

меритель. При выборе этого участка

с системой учёта производства позво

1. Азин Е., Будаква С., Кузьмин А., Фонотов

мышью или с помощью клавиатуры на

лила ввести в мониторинг проката ре

И. Информационная система резчика сля

экране формируется таблица текущей

альный (и полностью автоматизиро

бов в обжимном цехе // Современные тех

порезки слитков на блюмы (на рис. 8

ванный) источник информации о теку

нологии автоматизации. 2001. № 1. С. 22 25.

таблица тоже приведена). Данные таб

щей порезке слитков.

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

лицы обновляются в реальном времени

Экономический эффект от внедре

следование динамики продвижения слит

и соответствуют темпу проката. При

ния измерительной системы составил

ка в МНЛЗ // Сталь. 2003. № 4. С. 26 29.

этом на экран выводится информация

около 350 тысяч рублей.

3. Аникин А., Иерусалимов И., Суковатин

о дате, времени и длине порезки.

Успешное применение оптических

И. Оптический измеритель скорости

 

 

корреляционных измерителей на блю

слитка машины непрерывного литья за

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

минге позволило развивать дальше это

готовок // Современные технологии ав

Система находится

в постоянной

направление. В настоящее время за

томатизации. 2001. № 4. С. 22 26.

эксплуатации более 2 лет. Ежегодно

кончена разработка и ведётся опытная

Авторы — сотрудники

производится метрологическая атте

эксплуатация системы на основе оп

Нижнетагильского

стация. Средняя достоверность изме

тического измерителя с более высоки

металлургического комбината

рений составила 95%, этого оказалось

ми скоростными характеристиками,

Телефон: (3435) 49 0087

22

www.cta.ru

СТА 1/2007

© 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru