连铸机钢坯自动切割控制系统的改造与应用

（山东莱芜钢铁集团自动化部，山东 莱芜 271104）王 博，弥春霞，胡 猛

1 前言

在改造前莱钢炼钢厂4#连铸机火切机定尺切割采用3#拉矫机上的光电编码器和雷目公司的红外定尺系统两种方式。编码器的维护量大，拉钢时有时出现停转、丢码、跳变等现象，人为因素误差较大。红外定尺系统受电磁干扰和环境温度等因素影响较大。由于定尺系统存在一定的误差，造成钢坯的实际重量与理论重量误差较大。根据这种情况，开发了板坯连铸机定重自动切割系统。

2 定重切割原理

2.1 系统的组成

连铸坯定重切割自动控制系统由四大部分组成：连铸坯长度检测部分；连铸坯重量检测部分；连铸坯剪切部分；计算机自动控制部分。安装连铸坯自动秤量与长度检测设备，通过计算机采集信号，转换成相应的数据，并将实际称量值与连铸坯给定量值相比较，将其误差转变成长度值，以调节连铸坯长度来达到连铸坯定重的目的。

基于以上控制思想，连铸坯定重剪切自动控制过程不难实现，较困难的是控制精度要达到系统定重的要求。影响系统控制精度因素诸多，总结有以下几个方面：一次仪表精度的影响；自动称量精度的影响；自动剪切精度的影响；自动控制精度的影响(数模参数的合理性)；其它因素的影响；如设备的稳定性和可靠性等。

2.2 系统原理

在生产过程中，型钢厂根据成材规格，将钢坯重量提供给炼钢厂作为设定重量，炼钢厂依据钢坯重量换算成定尺长度作为4＃机的设定坯长对铸坯进行切割，然后对切割后的钢坯进行称重，将此实际重量与设定重量比较得出偏差，进而对将要切割钢坯的设定长度进行补偿。补偿公式：（设定重量-实际重量）/实际重量=（实际定尺-设定定尺）/设定定尺，计算出实际定尺。此信号送到切割机AB-SLC500控制系统。

连铸机与加热炉的钢坯输送流程，如图1所示。

（1）实际重量由辊道上动态称接至出坯块I/O，经通讯送到公用PLC。

（2）钢坯动作流程

在每一流出坯辊道上有一检测元件，目的检测辊道上有坯，然后横移机动作：横移机提起钢坯，移动到轨道称上（有检测元件）。称量结束后，钢坯由热送辊道送至加热炉，同时横移机返回；称量的重量数据以及相应流号由称重系统传送至公用PLC；在公用PLC，作一选择程序，将钢坯的实际重量发送到流PLC。

（3）定重值的修正

定重切割单元计算出的铸坯切割尺寸仅是理论计算值，在实际生产中，即使是同一钢种其密度也有微小的变化，会造成定重偏差，必须采取措施进行校正。

本系统在推理机软件中开发了定重切割校正功能，采取了逐次逼近-自适应的方法：计算当前一支钢坯称量值与设定重量之间的重量差，该重量差再除以本支铸坯理论切割长度、断面尺寸等参数，计算出偏差密度△ρ，再把该偏差密度乘以小于1的系数K，得到修正后的偏差密度，用这一支铸坯的切割密度+/-修正后的偏差密度，求得下一支铸坯的切割密度，从而使下一支铸坯得到修正。由于修正系数K小于1，可以达到逐次逼近的效果，避免了超调振荡的发生，同时，该修正过程系统自动完成，无需人工干预，是一种自适应的过程。计算公式如下：

•修正偏差密度：ρx=ρ-（Wl-Ws）*K/（z*k*L）

其中：ρ为对应钢种密度，千克/立方米；Wl为当前铸坯实际重量，千克；Ws为设定目标重量，千克；K为修正系数，无量纲；(z*k*L)为单支铸坯体积，立方米。

•下一支铸坯理论切割长度：L=Ws/（z*k*ρx）

3 定重切割系统的自动控制

连铸坯重量（分规格）与长度存在着一定的对应关系，当连铸坯长度检测一次仪表确定后，连铸坯长度值与检测信号也有了一定的对应关系。最终连铸坯重量控制转换成了连铸坯的长度控制。

设：连铸坯长度值为Li，重量为Gi，两者折算系数Ca=f（Li，Gi）当连铸坯给定重量G0，重量误差△Q =（G0- Gi）

折算成长度误差△L = Ca•Q = Ca•（G0- Gi）

△L实质上就是连铸坯长度的调节量，为避免过量调节产生新的误差，用系数A缓冲调节

（0< A< 1）

△L = A•Ca•Q = A•Cn•（G0- Gi）

系统确定后，A、Ca 一定，令：Ka= A•Ca

△L i= Ka•（G0- Gi）

用△Li值动态补偿当前连铸坯剪切长度值，同时考虑剪切机剪切所需时间t，拉钢速度为Va，发出剪切信号的提前量La，

则系统控制数学模型：

L i= L（i- 1）+ Ka•（G0- Gi- 1）

L a= t•V a

详细控制过程见图2。其中系统参数的确定：拉钢速度Va值可由系统采样经数据处理得到，剪切时间t相对某一台剪机是一常数。Va、t参数对系统精度影响不大。主要是Ka值对系统定重精度的影响。由于受到生产工艺各方面的约束，Ca值是变化的，在生产过程中，Ca值必须得到动态修正。修正方法是：不断存储在生产控制过程中采集到的连铸坯控制系统各类参数（如长度、重量、拉速、误差、剪切时间等），并进行数理统计,逼近参数的实际值和优化Ka值，在计算机内分规格建立起各种连铸坯的Ka值参数表。实质上，当整套控制系统投入运行后，对连铸坯长度值的处理可转换成直接对检测信号的处理。连铸坯定重剪切自动控制系统包括连铸坯长度（拉速）检测、连铸坯重量检测、剪切控制、数据采集、数据处理、监控显示、系统参数设定、系统管理等功能。

图2 连铸坯自动控制流程图

4 结束语

定重切割其实质是在定尺切割的基础上，引入重量参数，以降低误差，但同时也引入了称重误差。而称的选择只能是安装在辊道上的动态称，这是由工艺决定的。动态称的实际测量精度为在正负千分之五。在现场实际生产中，定重切割系统做得很完善的情况下，每根钢坯的切割误差能够比定尺切割下降64.04%。不但切割误差下降，自改造后，定重系统运行以来，生产效率和设备开机率明显提高；维护效率提高。减少了不安全因素，提高了劳动生产率，改善了工作人员的工作环境，减轻了工作人员的劳动强度。

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