趙 亮， 汲康康， 劉辰嬌

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司大型軋鋼廠， 河北 邯鄲 056015）

0 引言

隨著科技的發(fā)展和邯鋼棒材軋制技術(shù)的進(jìn)步， 對于檢測設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)和精度也提出了更高的要求。 為了能夠快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確地測量出成品尺寸，提高生產(chǎn)節(jié)奏和生產(chǎn)效率， 邯鋼大型軋鋼廠棒材生產(chǎn)線采用了瑞士ZUMBACH 公司設(shè)計(jì)制造的SMO 160-S2-IPC 光學(xué)測徑儀，設(shè)置于成品軋機(jī)出口處，用來對軋制成型棒材的直徑進(jìn)行在線測量和控制。 主要技術(shù)參數(shù)： 測量范圍：13～90.00mm，測量精度：±0.015mm，測量區(qū)域：160×160mm，軋制產(chǎn)品溫度：1000℃， 軋制速度：30m/s， 顯示分辨率：0.01 mm。

1 系統(tǒng)配置

1.1 測量單元

放置在成品軋機(jī)出口處， 用4 個(gè)角螺栓固定在軋線的平臺上，安裝簡單方便。

1.2 連接和控制單元L.O.P

放置在測量單元附近， 主要包括用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮和過濾處理的處理器、連接測量單元的輸入端、連接主處理器的光纖輸入端，L.O.P 與測量單元通過信號電纜進(jìn)行連接。

1.3 處理單元和顯示系統(tǒng)

主處理器放置在棒材軋線控制室內(nèi)， 處理器采用最新的工業(yè)級專用PC 機(jī)，運(yùn)行在固態(tài)存儲器上，硬盤只是用來系統(tǒng)備份和數(shù)據(jù)儲存。 它是通過光纖與測量單元連接。 主顯示和鍵盤放置在軋線控制室操作平臺上。

1.4 遠(yuǎn)程顯示單元

在現(xiàn)場配置一臺遠(yuǎn)程圖形顯示器， 便于現(xiàn)場操作人員及時(shí)觀察和調(diào)整產(chǎn)品尺寸和軋機(jī)狀態(tài)， 根據(jù)測量的圖形和數(shù)據(jù)調(diào)整軋機(jī)。

1.5 風(fēng)機(jī)

測量單元配備一臺冷卻風(fēng)機(jī)，放置在測量單元附近。

1.6 水冷卻及保護(hù)裝置

該裝置是直接安裝在測量單元上， 用于冷卻及保護(hù)測量單元，外接循環(huán)水。 系統(tǒng)配置見圖1。

圖1 邯鋼棒材仲巴赫測徑儀SMO 160-S2-IPC 系統(tǒng)配置圖

2 工作原理

仲巴赫測徑儀采用尖端的光學(xué)測量技術(shù)和微處理技術(shù)，控制核心是測量單元，其內(nèi)部主要包含：2 組激光測量頭、擺動(dòng)機(jī)械、保護(hù)和冷卻機(jī)構(gòu)。 整個(gè)測量單元采用先進(jìn)的機(jī)械加工技術(shù)，結(jié)構(gòu)非常緊湊和堅(jiān)固，擺動(dòng)機(jī)械完全沒有磨損，驅(qū)動(dòng)采用變頻電機(jī)，而且沒有電刷，測量頭被安裝在雙重保護(hù)窗內(nèi)。

每組激光測量頭由一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器組成，測量頭成180°鐘擺式擺動(dòng)， 對棒材進(jìn)行截面實(shí)時(shí)檢測。 采用的基本原理就是光學(xué)映像技術(shù)。 當(dāng)軋件通過時(shí)，發(fā)射器發(fā)射的紅色激光束被軋件擋住，在接收器光區(qū)產(chǎn)生相應(yīng)長度的陰影， 通過測出陰影長度來計(jì)算棒材直徑和橢圓度[1]，見圖2。

圖2 接收器光區(qū)產(chǎn)生相應(yīng)長度的陰影

測量的數(shù)據(jù)經(jīng)過主處理器處理后， 在主控室電腦應(yīng)用軟件“STEELMASTER”進(jìn)行顯示，該軟件可同時(shí)處理多個(gè)測量單元的測量數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)顯示截面圖形的最大值、最小值、橢圓度等，見圖3。

圖3 實(shí)時(shí)顯示

3 測徑儀設(shè)備維護(hù)

3.1 光學(xué)系統(tǒng)的維護(hù)

測徑儀測量原理依據(jù)光學(xué)映像技術(shù)， 因而對光學(xué)系統(tǒng)要求比較嚴(yán)格。光學(xué)系統(tǒng)檢查內(nèi)容主要包括： 激光光源亮度情況、窗口玻璃清潔度。

測量單元正常運(yùn)行時(shí)，紅色激光光束顯示非常明顯，如果激光光束消失或者明顯變暗，就需要更換光源，否則會影響測量結(jié)果[2]。

測量單元運(yùn)行過程中， 往往因?yàn)榘舨纳蠟R出的氧化鐵皮屑劃傷或高溫導(dǎo)致窗口玻璃破裂，影響光線透光率，此時(shí)就必須更換。 如果玻璃沒有破裂則定期用專用擦鏡紙或柔軟的布把玻璃表面擦拭干凈。

3.2 冷卻風(fēng)機(jī)檢查

風(fēng)機(jī)安裝在通風(fēng)清潔的地方， 定期檢查風(fēng)機(jī)通風(fēng)是否暢通，每周清潔風(fēng)機(jī)濾芯，如果濾芯損壞嚴(yán)重，則必須更換。

3.3 潤滑維護(hù)

測徑儀連續(xù)旋轉(zhuǎn)， 軸承、 齒輪潤滑必不可少， 軸承、齒輪一般是每年加潤滑脂，以保證傳動(dòng)裝置的靈活。

3.4 現(xiàn)場冷卻水系統(tǒng)維護(hù)

為保證旋轉(zhuǎn)測量頭裝置穩(wěn)定可靠運(yùn)行， 水流量和系統(tǒng)水壓力要調(diào)節(jié)到規(guī)定的范圍內(nèi)， 以確保冷卻系統(tǒng)正常工作。 要經(jīng)常檢查軟管的接頭、旋轉(zhuǎn)頭是否有漏水現(xiàn)象。

3.5 現(xiàn)場連接和控制單元

柜子內(nèi)的一些通風(fēng)扇及濾網(wǎng)，定期清灰，以免堵塞，造成柜內(nèi)發(fā)熱損壞元器件；柜內(nèi)的電路板、交換機(jī)、處理器等定期檢查運(yùn)行狀態(tài)。

3.6 定期用標(biāo)準(zhǔn)樣棒進(jìn)行標(biāo)定

在測量頭靜止的情況下， 將標(biāo)準(zhǔn)校正樣棒安裝在測量范圍中心，在主控室電腦上進(jìn)入menu->service->steelgauge unitA->cabliation->heads->輸入樣棒標(biāo)準(zhǔn)值->cabliation all heads，標(biāo)定完成。

4 測徑儀的拓展應(yīng)用。

仲巴赫測徑儀雖然能夠?qū)崟r(shí)顯示測量數(shù)據(jù)， 但不具備歷史存儲功能，給技術(shù)人員查找、分析產(chǎn)品尺寸數(shù)據(jù)帶來極大不便。

我廠技術(shù)人員對此問題進(jìn)行了持續(xù)公關(guān)， 成功開發(fā)一款數(shù)據(jù)存儲軟件，測徑儀的應(yīng)用得到進(jìn)一步拓展。具體內(nèi)容如下：

棒材軋線主控室安裝一臺電腦， Windows xp 操作系統(tǒng)，使用Microsoft SQL Server 2008 開發(fā)環(huán)境，采用Delphi7.0 進(jìn)行編程，編寫的程序能夠跨平臺使用。

采用RS485 轉(zhuǎn)RS232 串口通訊模塊， 一端連接仲巴赫測徑儀主機(jī)RS485 串口輸出，一端連接聯(lián)想主機(jī)COM1串口，破解RS485 串口輸出通訊協(xié)議，把橢圓度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集到電腦上，編寫程序和畫面。 具體應(yīng)用如下：

（1）破解仲巴赫測徑儀主機(jī)RS485 串口輸出協(xié)議。

波特率設(shè)置為19200，8 個(gè)數(shù)據(jù)位， 無校驗(yàn)位，1 個(gè)停止位，輸出字符串為：< V1：6.> < V2：6.> < V3：6.> < V4：5.> < V5：5.> < V6：5.> < CR>。其中從第1 至第3 個(gè)字符串分別為最大值、最小值、橢圓度。

（2）利用Delphi7 軟件開發(fā)數(shù)據(jù)信息管理程序，編寫HMI 監(jiān)控畫面。 本軟件的HMI 畫面分三大板塊，分別為：通訊設(shè)置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史記錄。

通訊設(shè)置板塊顯示用于通訊的串口號、通訊協(xié)議、通訊數(shù)據(jù)、通訊狀態(tài)等，見圖4。

圖4 通訊設(shè)置板塊

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)板塊以對話框和曲線的形式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反映最大值、最小值、橢圓度，見圖5。

圖5 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)板塊

歷史記錄板塊以文件夾的形式把每支鋼的關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲下來，并且以曲線的形式進(jìn)行回放，曲線上也可顯示當(dāng)前數(shù)值大小，見圖6。

圖6 歷史記錄板塊

（3）打開HMI 畫面后，首先點(diǎn)擊“通訊設(shè)置”板塊，選擇“COM1”串口，點(diǎn)擊“打開串口”，通訊正常時(shí)，串口狀態(tài)會顯示綠色，畫面下方對話框會顯示接收數(shù)據(jù)。當(dāng)停車檢修時(shí)點(diǎn)擊“關(guān)閉串口”，串口狀態(tài)會顯示紅色。

正常生產(chǎn)時(shí)，操作人員可點(diǎn)擊“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”板塊，觀察每支鋼的尺寸變化，或者點(diǎn)擊“歷史記錄”板塊，查看以往鋼坯尺寸，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)調(diào)整工藝，保證產(chǎn)品尺寸質(zhì)量。 例如：我們想查看2021 年2 月8 日生產(chǎn)的第三支鋼的尺寸情況，只需要點(diǎn)擊“歷史記錄”板塊，從HMI 畫面右上方依次選擇E： 棒材軋制數(shù)據(jù)采集Data20210208Record0003即可， 并且可以看到這支鋼的軋制記錄時(shí)間為0 時(shí)2 分17 秒。 查看歷史記錄曲線， 發(fā)現(xiàn)中部有一次大的數(shù)據(jù)波動(dòng)，橢圓度瞬間變大，需要操作人員及時(shí)確認(rèn)，改進(jìn)工藝，見圖7、圖8。

圖7 歷史記錄

圖8 歷史記錄曲線

5 測徑儀的應(yīng)用效果

仲巴赫測徑儀在我廠棒材產(chǎn)線十余年的使用中，不僅提高了棒材產(chǎn)品的精度， 而且還大幅度地降低了棒材的次品率，產(chǎn)品出現(xiàn)耳子等缺陷的幾率大大減少，每年可節(jié)約費(fèi)用上百萬元[3]。

仲巴赫測徑儀可以測量棒材直徑， 同時(shí)還可以給軋機(jī)控制系統(tǒng)提供棒材直徑偏差值信號， 軋機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)所給偏差值及時(shí)進(jìn)行調(diào)整， 實(shí)現(xiàn)了棒材軋制的動(dòng)態(tài)控制，使成品軋制精度得到了很大提高。