鐘志峰

摘要：煉鋼連鑄鑄坯質(zhì)量好壞嚴重影響著后續(xù)扎鋼質(zhì)量，生產(chǎn)中以往對連鑄鑄坯質(zhì)量根據(jù)鋼水中間包溫度、結(jié)晶器液位、鑄坯拉速變化、電攪運行是否正常等非穩(wěn)態(tài)情況進行人工判斷，存在滯后和不準確的情況。為了實現(xiàn)該廠方坯連鑄機鑄坯產(chǎn)品質(zhì)量全程跟蹤，通過研究生產(chǎn)中出現(xiàn)各種影響穩(wěn)態(tài)澆鑄工藝參數(shù)變化的情況，制定在線判斷工藝降級坯和廢品坯的非穩(wěn)態(tài)工藝方案，設(shè)計出連鑄機生產(chǎn)過程中的方坯質(zhì)量智能判斷、定位和切割控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對連鑄機生產(chǎn)的鑄坯產(chǎn)品質(zhì)量進行在線智能判定及切割控制，并實現(xiàn)自動報警、記錄，節(jié)約了切廢成本，提高鑄坯收得率。

關(guān)鍵詞：方坯；非穩(wěn)態(tài)；液位；拉速；跟蹤；定位；切割

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）17-0185-03

1概述

我廠方坯連鑄機是六機六流系統(tǒng)，主要是生產(chǎn)規(guī)格160*160斷面的方形鋼坯，定尺長度約12米，煉鋼連鑄是鋼水邊澆注、邊凝固、邊拉坯的動態(tài)生產(chǎn)過程，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，環(huán)境惡劣，影響鑄坯質(zhì)量的因素較多，而鑄坯質(zhì)量的好壞嚴重影響著后續(xù)扎鋼質(zhì)量，生產(chǎn)中以往對連鑄鑄坯質(zhì)量根據(jù)鋼水中間包溫度、結(jié)晶器液位、鑄坯拉速、電攪系統(tǒng)運行是否正常等非穩(wěn)態(tài)情況進行人工判斷，存在判斷不及時、判斷不合理、無法準確判斷非穩(wěn)態(tài)坯位置、需人工干預(yù)切割等情況，費時費力，同時都是按生產(chǎn)要求定尺切割后才判斷下線非穩(wěn)態(tài)鑄坯，造成定尺的極大浪費，嚴重影響了鑄坯產(chǎn)量。因此我廠根據(jù)實際生產(chǎn)情況，自行摸索一套用于生產(chǎn)中自動判斷非穩(wěn)態(tài)坯及自動切割非穩(wěn)態(tài)坯的工藝條件，通過大量研究與實驗，采用人工智能判斷法，對連鑄影響質(zhì)量的知識進行推理、決策和判斷，得出影響連鑄坯質(zhì)量問題的各種非穩(wěn)態(tài)過程工藝參數(shù)，人工設(shè)置不同鋼種條件下的非穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)工藝參數(shù)，實時檢測連鑄生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)，設(shè)計開發(fā)控制程序自動判斷連鑄坯的質(zhì)量是否合格及自動切廢。該系統(tǒng)利用PLC控制技術(shù)進行工藝參數(shù)的過程檢測和數(shù)據(jù)采集，并采用西門子WINCC人機界面軟件設(shè)計系統(tǒng)自動判斷、自動跟蹤、自動切割控制等功能，主要實現(xiàn)連鑄機生產(chǎn)中鑄坯質(zhì)量的實時跟蹤控制，對非穩(wěn)態(tài)坯（工藝降級坯或廢品坯）進行報警、跟蹤、手動/自動切割，并詳細記錄非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生時間、長短、根數(shù)等功能。

2方坯非穩(wěn)態(tài)坯參數(shù)工藝設(shè)計

根據(jù)對連鑄生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷主要分為表面缺陷和內(nèi)部缺陷，與冶金知識庫規(guī)則對比，主要影響方坯質(zhì)量參數(shù)有：拉速過高、拉速過低、拉速波動大、液位過高、液位過低、液位波動大、液面單位時間內(nèi)波動次數(shù)、液位是否自動控制、中包重量過低、中包鋼水過熱度過高、中包鋼水過熱度過低、是否開啟電攪等。工藝設(shè)置參數(shù)以鋼種區(qū)分，各鋼種的非穩(wěn)態(tài)坯按工藝要求又有工藝降級坯與廢品坯兩類級別，非穩(wěn)態(tài)坯除實時產(chǎn)生報警記錄外，還能進行自動判斷進行切割，同時參數(shù)設(shè)定畫面需在主畫面登錄后才可進行修改，選擇相應(yīng)鋼種后輸入該鋼種對應(yīng)設(shè)置參數(shù)，再點保存按鈕即可將此參數(shù)保存在計算機中，參數(shù)設(shè)置還包括非穩(wěn)態(tài)坯提前切除量設(shè)定、非穩(wěn)態(tài)坯延遲切除量設(shè)定、結(jié)晶器到火切機的距離，可對各條件進行是否投入運行進行選擇。非穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生條件主要人工設(shè)置工藝參數(shù)為：

1）拉速>高拉速設(shè)定值彈位：m/mim）；

2）拉速<低拉速設(shè)定值（單位：m/mim）；

3）拉速變化量>拉速變化量設(shè)定值（單位：ms/min）；

4）結(jié)晶器液位>液面高位設(shè)定值f單位：mm）；

5）結(jié)晶器液位<液面低位設(shè)定值（單位：mm）；

6）結(jié)晶器液位變化量>液面變化量設(shè)定值（單位：mm/s）；

7）結(jié)晶器液位變化量2>液位變化量2設(shè)定值（單位：mm/s）；

8）中包重量<中包重量設(shè)定值彈位：t）；

9）過熱度>過熱度高設(shè)定值（單位：℃）；

10）過熱度<過熱度低設(shè)定值（單位：℃）。

3系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)共有西門子PLC控制系統(tǒng)8臺套，分別為公用PLC系統(tǒng)、配水PLC系統(tǒng)、1流-6流電氣PLC系統(tǒng)，PLC之間通訊均通過西門子工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通訊和信息交換，同時在切割崗位設(shè)計鑄坯質(zhì)量智能判定切割系統(tǒng)的HMl人機界面，采用西門子WINCC軟件，通過工業(yè)以太網(wǎng)實時讀取原有網(wǎng)絡(luò)每套PLC系統(tǒng)各種影響穩(wěn)態(tài)澆鑄生產(chǎn)相關(guān)的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)信號，例如：中間包重量、溫度、塞棒位置、鑄流拉速、結(jié)晶器液面、切割位置等，并在每個鑄流電氣PLC系統(tǒng)、HMl人機界面軟件編寫程序?qū)崿F(xiàn)鑄坯質(zhì)量的智能判斷和切割控制，系統(tǒng)組成如圖1：

4系統(tǒng)控制程序主流程設(shè)計

在連鑄機生產(chǎn)中，當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生后，系統(tǒng)將記錄此坯并實時跟蹤，當(dāng)此坯到達火切機時將啟動火切機切割功能進行自動切割，切下廢品坯由行車吊離輸送輥道。

為防止上次澆鑄殘留數(shù)據(jù)對本次澆鑄干擾，本系統(tǒng)開澆時將進行初始化，初始化主要包括鑄坯質(zhì)量數(shù)據(jù)塊清零、標志位、非穩(wěn)態(tài)坯次數(shù)等。初始化后如果本質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)運行則根據(jù)參數(shù)設(shè)置選擇類型與條件進行判斷，符合非穩(wěn)態(tài)坯條件的鑄坯將進行記錄，保存在PLC數(shù)據(jù)塊中，記錄內(nèi)錄為：坯頭標志位、坯尾標志位、非穩(wěn)態(tài)坯類型（工藝降級坯或廢品坯）、非穩(wěn)態(tài)坯編號、非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生時間、非穩(wěn)態(tài)坯坯頭位置（距離火切機）、非穩(wěn)態(tài)坯長度、非穩(wěn)態(tài)坯坯尾位置（距離火切機）、非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生原因等。數(shù)據(jù)產(chǎn)生后將進行報警提醒與自動跟蹤，主要跟蹤鑄坯距離火切機距離，直到非穩(wěn)態(tài)坯自動切除或達到火切機之后。本質(zhì)量判定系統(tǒng)控制流程圖2如下：

5非穩(wěn)態(tài)坯自動跟蹤算法

當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生時，記錄坯頭位置、記錄非穩(wěn)態(tài)坯編號、設(shè)置標志位、設(shè)置非穩(wěn)態(tài)類型為工藝降級坯。當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯結(jié)束時，記錄坯尾位置，計算并記錄非穩(wěn)態(tài)坯長度。在非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生期間，如果前期此坯為工藝坯，后出現(xiàn)廢品坯則將非穩(wěn)態(tài)類型自動改為廢品坯。如果前期此坯為廢品坯，后出現(xiàn)工藝降級坯，則此坯仍為廢品坯。也就是說，當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生后，只要出現(xiàn)廢品坯則判斷此坯為廢品坯，否則為工藝降級坯。當(dāng)下一根非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生后按照上述方式記錄非穩(wěn)態(tài)坯。坯頭位置、坯尾位置以火切機為原點，結(jié)晶器為最遠點，隨著鑄坯移動而實時跟蹤位置信號，并在棧中按照先進先出的原則進行跟蹤與再處理。

當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯到達火切機后，將啟動自動切割程序進行切割。當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯坯尾離開火切機后將清除此坯數(shù)據(jù)，并將此坯標志位清零，下一根非穩(wěn)態(tài)坯為預(yù)切割坯。

6非穩(wěn)態(tài)坯自動切割算法

當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯坯頭位置到火切機原點距離IA-L7

1）以結(jié)晶器彎月面到火切機原位為基準L（通過HMI設(shè)定）；

2）正常鑄坯定尺設(shè)定為u（通過HMI設(shè)定）；

3）工藝降級坯定尺設(shè)定為L2（通過HMI設(shè)定）；

41廢品坯定尺設(shè)定為L3（通過HMI設(shè)定）；

5）當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生后，通過位于拉嬌輥的高速計數(shù)器計算非穩(wěn)態(tài)坯頭位置L4（L4≤L）；

6）當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯結(jié)束后，通過位于拉嬌輥的高速計數(shù)器計算非穩(wěn)態(tài)坯尾位置L5（L5≤L）；

7）通過LS-LA計算出非穩(wěn)態(tài)坯實際長度L6（L6=L5-LA）；

8）按第5、6、7方式依次定位跟蹤第1、2、3——n個報警點；

9）提前切除長度L7（通過HMI設(shè)定）；

10）延遲切除長度L8（通過HMI設(shè)定）。

7系統(tǒng)功能特點

系統(tǒng)畫面設(shè)計包括系統(tǒng)開啟、班組選擇、鋼種選擇、定尺長度設(shè)定、跟蹤數(shù)據(jù)、報警記錄、登錄窗口等。參數(shù)設(shè)定畫面設(shè)定好各鋼種數(shù)據(jù)并保存后，再在主畫面選擇相應(yīng)鋼種既可將此鋼種參數(shù)下載到PLC中。主畫面還可選擇自動切割是否投入，清除離火切機最近的一組跟蹤數(shù)據(jù)，可按班組查詢本班產(chǎn)生的非穩(wěn)定坯，如需解鎖、清空數(shù)據(jù)、設(shè)置定尺需先登錄才能操作，主要實現(xiàn)功能特點如下：

1）系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊實時采集生產(chǎn)監(jiān)控工藝參數(shù)，通訊速度可達IOOM/S，實時性強，可以在最快的時間發(fā)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的生產(chǎn)工藝參數(shù)變化。

2）可以實現(xiàn)對工藝坯和廢品坯兩種非穩(wěn)態(tài)狀態(tài)自動判斷區(qū)分，避免人工誤判，然后按各自設(shè)定定尺進行自動或手動切除，切廢定尺長度可任意調(diào)整，定尺設(shè)置以通過兩個輥道之間最短的距離為低限，實現(xiàn)鑄坯最節(jié)約長度切廢，提高鑄坯收得率。

3）根據(jù)鑄坯拉速、時間和切割車位置，精確計算非穩(wěn)態(tài)報警點，實現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)控制點的精確跟蹤定位和自動切割判斷。

4）同時實現(xiàn)對六個鑄流的所有非穩(wěn)態(tài)鑄坯進行精確定位、顯示、報警、自動切除，避免人工干預(yù)造成的非穩(wěn)態(tài)判斷和切除不到位現(xiàn)象。

5）系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄功能強大，包括兩種查詢方式，報警記錄畫面為所有非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生記錄，切廢查詢?yōu)閺U品坯自動切除記錄。自動記錄非穩(wěn)態(tài)點切除時間和數(shù)量（切除開始或結(jié)束時間、切除支數(shù)或重量），具有非穩(wěn)態(tài)點切除歷史查詢功能，數(shù)據(jù)記錄包括爐號、流號、非穩(wěn)態(tài)類型（由什么原因造成的非穩(wěn)態(tài)坯）、班組、質(zhì)量類型（工藝降級坯或廢品坯）、非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生時間（或開始切除時間）、鋼種等，方便工藝監(jiān)督和系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。

8結(jié)束語

該系統(tǒng)運行后，所有的核心程序都在西門子PLC運行，相比在計算機運行能有效地保證程序運行的準確性與實時性。系統(tǒng)在連鑄機實際生產(chǎn)中，能進行非穩(wěn)態(tài)坯參數(shù)的實時跟蹤，自動區(qū)分工藝降級坯和廢品坯，并能準確地顯示非穩(wěn)態(tài)點的跟蹤定位及計算，實現(xiàn)自動切割非穩(wěn)態(tài)坯，減少人工切割誤差與勞動強度。同時所有非穩(wěn)態(tài)坯都有記錄，能實時查詢，系統(tǒng)具有很好的可操作性和數(shù)據(jù)可追溯性，為我廠連鑄機生產(chǎn)質(zhì)量保證提供強有力的支持，有利于連鑄生產(chǎn)工藝的不斷優(yōu)化，同時節(jié)約了切廢成本，提高了鑄坯產(chǎn)量。