鐘志峰

摘要：煉鋼連鑄鑄坯質(zhì)量好壞嚴(yán)重影響著后續(xù)扎鋼質(zhì)量，生產(chǎn)中以往對(duì)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(yùn)行是否正常等非穩(wěn)態(tài)情況進(jìn)行人工判斷，存在滯后和不準(zhǔn)確的情況。為了實(shí)現(xiàn)該廠方坯連鑄機(jī)鑄坯產(chǎn)品質(zhì)量全程跟蹤，通過(guò)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(jí)坯和廢品坯的非穩(wěn)態(tài)工藝方案，設(shè)計(jì)出連鑄機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的方坯質(zhì)量智能判斷、定位和切割控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄機(jī)生產(chǎn)的鑄坯產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行在線智能判定及切割控制，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)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(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）17-0185-03

1概述

我廠方坯連鑄機(jī)是六機(jī)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(zhǎng)度約12米，煉鋼連鑄是鋼水邊澆注、邊凝固、邊拉坯的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過(guò)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(yán)重影響著后續(xù)扎鋼質(zhì)量，生產(chǎn)中以往對(duì)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(yùn)行是否正常等非穩(wěn)態(tài)情況進(jìn)行人工判斷，存在判斷不及時(shí)、判斷不合理、無(wú)法準(zhǔn)確判斷非穩(wěn)態(tài)坯位置、需人工干預(yù)切割等情況，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)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(fèi)，嚴(yán)重影響了鑄坯產(chǎn)量。因此我廠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，自行摸索一套用于生產(chǎn)中自動(dòng)判斷非穩(wěn)態(tài)坯及自動(dòng)切割非穩(wěn)態(tài)坯的工藝條件，通過(guò)大量研究與實(shí)驗(yàn)，采用人工智能判斷法，對(duì)連鑄影響質(zhì)量的知識(shí)進(jìn)行推理、決策和判斷，得出影響連鑄坯質(zhì)量問(wèn)題的各種非穩(wěn)態(tài)過(guò)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(shí)時(shí)檢測(cè)連鑄生產(chǎn)過(guò)程中的工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)控制程序自動(dòng)判斷連鑄坯的質(zhì)量是否合格及自動(dòng)切廢。該系統(tǒng)利用PLC控制技術(shù)進(jìn)行工藝參數(shù)的過(guò)程檢測(cè)和數(shù)據(jù)采集，并采用西門子WINCC人機(jī)界面軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)自動(dòng)判斷、自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)切割控制等功能，主要實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)生產(chǎn)中鑄坯質(zhì)量的實(shí)時(shí)跟蹤控制，對(duì)非穩(wěn)態(tài)坯（工藝降級(jí)坯或廢品坯）進(jìn)行報(bào)警、跟蹤、手動(dòng)/自動(dòng)切割，并詳細(xì)記錄非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生時(shí)間、長(zhǎng)短、根數(shù)等功能。

2方坯非穩(wěn)態(tài)坯參數(shù)工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)連鑄生產(chǎn)過(guò)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(shí)庫(kù)規(guī)則對(duì)比，主要影響方坯質(zhì)量參數(shù)有：拉速過(guò)高、拉速過(guò)低、拉速波動(dòng)大、液位過(guò)高、液位過(guò)低、液位波動(dòng)大、液面單位時(shí)間內(nèi)波動(dòng)次數(shù)、液位是否自動(dòng)控制、中包重量過(guò)低、中包鋼水過(guò)熱度過(guò)高、中包鋼水過(guò)熱度過(guò)低、是否開(kāi)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(jí)坯與廢品坯兩類級(jí)別，非穩(wěn)態(tài)坯除實(shí)時(shí)產(chǎn)生報(bào)警記錄外，還能進(jìn)行自動(dòng)判斷進(jìn)行切割，同時(shí)參數(shù)設(shè)定畫面需在主畫面登錄后才可進(jìn)行修改，選擇相應(yīng)鋼種后輸入該鋼種對(duì)應(yīng)設(shè)置參數(shù)，再點(diǎn)保存按鈕即可將此參數(shù)保存在計(jì)算機(jī)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(jī)的距離，可對(duì)各條件進(jìn)行是否投入運(yùn)行進(jìn)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(guò)熱度>過(guò)熱度高設(shè)定值（單位：℃）；

10）過(guò)熱度<過(guò)熱度低設(shè)定值（單位：℃）。

3系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)共有西門子PLC控制系統(tǒng)8臺(tái)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(guò)西門子工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和信息交換，同時(shí)在切割崗位設(shè)計(jì)鑄坯質(zhì)量智能判定切割系統(tǒng)的HMl人機(jī)界面，采用西門子WINCC軟件，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)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(hào)，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(gè)鑄流電氣PLC系統(tǒng)、HMl人機(jī)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(jì)

在連鑄機(jī)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(shí)時(shí)跟蹤，當(dāng)此坯到達(dá)火切機(jī)時(shí)將啟動(dòng)火切機(jī)切割功能進(jìn)行自動(dòng)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(duì)本次澆鑄干擾，本系統(tǒng)開(kāi)澆時(shí)將進(jìn)行初始化，初始化主要包括鑄坯質(zhì)量數(shù)據(jù)塊清零、標(biāo)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(yùn)行則根據(jù)參數(shù)設(shè)置選擇類型與條件進(jìn)行判斷，符合非穩(wěn)態(tài)坯條件的鑄坯將進(jìn)行記錄，保存在PLC數(shù)據(jù)塊中，記錄內(nèi)錄為：坯頭標(biāo)志位、坯尾標(biāo)志位、非穩(wěn)態(tài)坯類型（工藝降級(jí)坯或廢品坯）、非穩(wěn)態(tài)坯編號(hào)、非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生時(shí)間、非穩(wěn)態(tài)坯坯頭位置（距離火切機(jī)）、非穩(wěn)態(tài)坯長(zhǎng)度、非穩(wěn)態(tài)坯坯尾位置（距離火切機(jī)）、非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生原因等。數(shù)據(jù)產(chǎn)生后將進(jìn)行報(bào)警提醒與自動(dòng)跟蹤，主要跟蹤鑄坯距離火切機(jī)距離，直到非穩(wěn)態(tài)坯自動(dòng)切除或達(dá)到火切機(jī)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(dòng)跟蹤算法

當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生時(shí)，記錄坯頭位置、記錄非穩(wěn)態(tài)坯編號(hào)、設(shè)置標(biāo)志位、設(shè)置非穩(wěn)態(tài)類型為工藝降級(jí)坯。當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯結(jié)束時(shí)，記錄坯尾位置，計(jì)算并記錄非穩(wěn)態(tài)坯長(zhǎng)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(dòng)改為廢品坯。如果前期此坯為廢品坯，后出現(xiàn)工藝降級(jí)坯，則此坯仍為廢品坯。也就是說(shuō)，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(jí)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(jī)為原點(diǎn)，結(jié)晶器為最遠(yuǎn)點(diǎn)，隨著鑄坯移動(dòng)而實(shí)時(shí)跟蹤位置信號(hào)，并在棧中按照先進(jìn)先出的原則進(jìn)行跟蹤與再處理。

當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯到達(dá)火切機(jī)后，將啟動(dòng)自動(dòng)切割程序進(jìn)行切割。當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯坯尾離開(kāi)火切機(jī)后將清除此坯數(shù)據(jù)，并將此坯標(biāo)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(dòng)切割算法

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

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

2）正常鑄坯定尺設(shè)定為u（通過(guò)HMI設(shè)定）；

3）工藝降級(jí)坯定尺設(shè)定為L(zhǎng)2（通過(guò)HMI設(shè)定）；

41廢品坯定尺設(shè)定為L(zhǎng)3（通過(guò)HMI設(shè)定）；

5）當(dāng)非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生后，通過(guò)位于拉嬌輥的高速計(jì)數(shù)器計(jì)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(guò)位于拉嬌輥的高速計(jì)數(shù)器計(jì)算非穩(wěn)態(tài)坯尾位置L5（L5≤L）；

7）通過(guò)LS-LA計(jì)算出非穩(wěn)態(tài)坯實(shí)際長(zhǎng)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(gè)報(bào)警點(diǎn)；

9）提前切除長(zhǎng)度L7（通過(guò)HMI設(shè)定）；

10）延遲切除長(zhǎng)度L8（通過(guò)HMI設(shè)定）。

7系統(tǒng)功能特點(diǎn)

系統(tǒng)畫面設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)開(kāi)啟、班組選擇、鋼種選擇、定尺長(zhǎng)度設(shè)定、跟蹤數(shù)據(jù)、報(bào)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(dòng)切割是否投入，清除離火切機(jī)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(shí)現(xiàn)功能特點(diǎn)如下：

1）系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)通訊實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)監(jiān)控工藝參數(shù)，通訊速度可達(dá)IOOM/S，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可以在最快的時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)工藝坯和廢品坯兩種非穩(wěn)態(tài)狀態(tài)自動(dòng)判斷區(qū)分，避免人工誤判，然后按各自設(shè)定定尺進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)切除，切廢定尺長(zhǎng)度可任意調(diào)整，定尺設(shè)置以通過(guò)兩個(gè)輥道之間最短的距離為低限，實(shí)現(xiàn)鑄坯最節(jié)約長(zhǎng)度切廢，提高鑄坯收得率。

3）根據(jù)鑄坯拉速、時(shí)間和切割車位置，精確計(jì)算非穩(wěn)態(tài)報(bào)警點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)控制點(diǎn)的精確跟蹤定位和自動(dòng)切割判斷。

4）同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)六個(gè)鑄流的所有非穩(wěn)態(tài)鑄坯進(jìn)行精確定位、顯示、報(bào)警、自動(dòng)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(qiáng)大，包括兩種查詢方式，報(bào)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(dòng)切除記錄。自動(dòng)記錄非穩(wěn)態(tài)點(diǎn)切除時(shí)間和數(shù)量（切除開(kāi)始或結(jié)束時(shí)間、切除支數(shù)或重量），具有非穩(wěn)態(tài)點(diǎn)切除歷史查詢功能，數(shù)據(jù)記錄包括爐號(hào)、流號(hào)、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(jí)坯或廢品坯）、非穩(wěn)態(tài)坯產(chǎn)生時(shí)間（或開(kāi)始切除時(shí)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(yǔ)

該系統(tǒng)運(yùn)行后，所有的核心程序都在西門子PLC運(yùn)行，相比在計(jì)算機(jī)運(yùn)行能有效地保證程序運(yùn)行的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)在連鑄機(jī)實(shí)際生產(chǎn)中，能進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)坯參數(shù)的實(shí)時(shí)跟蹤，自動(dòng)區(qū)分工藝降級(jí)坯和廢品坯，并能準(zhǔn)確地顯示非穩(wěn)態(tài)點(diǎn)的跟蹤定位及計(jì)算，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切割非穩(wěn)態(tài)坯，減少人工切割誤差與勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)所有非穩(wěn)態(tài)坯都有記錄，能實(shí)時(shí)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(jī)生產(chǎn)質(zhì)量保證提供強(qiáng)有力的支持，有利于連鑄生產(chǎn)工藝的不斷優(yōu)化，同時(shí)節(jié)約了切廢成本，提高了鑄坯產(chǎn)量。