330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 1СУ_ПорезкиСлитков
.pdfСИСТЕМНАЯ 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