锌锅自动清渣装置控制原理及实现.pdf

锌锅自动清渣装置控制原理及实现梁晓刚杜永锋(上海宝信软件股份有限公司上海:)摘要在带钢热镀锌生产中,锌锅内锌液表面会生成大量浮渣,锌渣积聚到一定程度就会影响带钢表面质量.文章介绍了一种可适应多种工况条件的锌锅自动清渣装置的控制及实现方法,重点介绍了不同的镀层厚度、不同带钢速度、不同带钢宽度以及动态的锌锅液面情况下自动清渣的控制方法.通过在多个镀锌机组的测试,自动清渣装置实现了锌锅清渣自动化、智能化,对整个机组的提速有利,同时也满足钢厂等使用单位生产节奏紧促以及实现智慧制造需求.关键词自动清渣;电磁撇渣;锌锅;锌渣;P L C;控制中图分类号:T P 文献标识码:A 文章编号:()收稿日期:修回日期:作者简介:梁晓刚(),男,工程师 E m a i l:l i a n g x i a o g a n g b a o s i g h t c o m 引言在带钢热镀锌生产中,锌锅内锌液表面生成大量浮渣,为了不使锌渣影响带钢镀锌质量,需要进行清渣操作.最初采用人工清渣,随着机器人的普及,开始采用机器人清渣和人工辅助清渣的方式.然而这两种方式均会引起锌锅液面波动,使带钢表面质量受到影响.捞渣作业不仅限制了机组生产效率,还额外增加了过渡料消耗.由于锌锅周围温度高,人工捞渣作业劳动强度大,作业环境恶劣,安全风险高.锌锅自动清渣装置可以在不影响带钢表面质量的情况下,把锌锅表面的浮渣按照一定轨迹汇聚到炉鼻子后方的捞渣区域,由捞渣机器人或捞渣工进行捞渣清除.采用锌锅自动清渣装置不但可以有效减轻清渣作业对带钢表面质量的影响,还可以提高机组生产效率,降低过渡料消耗,有效降低人工作业强度,同时也满足工厂智慧制造的需求.目前冷轧生产线镀锌机组自动清渣装置在国内各大钢厂快速普及,本文针对该装置控制原理及实现方法进行介绍.系统简介 功能描述如图所示,锌锅自动清渣装置是围绕带钢在锌液上方布置四条电磁撇渣器,在撇渣器接通交流电时产生行波磁场,行波磁场驱动锌锅表层锌液按图撇渣器布置图照磁场方向流动,锌液带动浮渣移动,使浮渣汇聚至炉鼻子后方,通过计算撇渣次数或是视觉检测锌渣堆积量引导机器人捞渣,实现锌锅自动清渣功能.系统构成锌锅自动清渣装置由撇渣装置、专用电源、冷却系统、视觉系统、捞渣机器人及自动清渣控制系统组成.自动清渣系统的结构和设备组成见图和表.图自动清渣系统结构图表自动清渣系统设备组成序号设备名称数量撇渣装置(含升降装置)套专用电源台冷却系统套视觉系统套捞渣机器人套自动清渣控制系统套 控制原理及实现 控制原理自动清渣控制系统主要包含自动清渣控制、撇渣器升降控制、冷却系统控制、自动捞渣控制等.自动清渣控制自动清渣控制功能是清渣系统的核心功能,又分为清渣方向控制、清渣频率控制和自动启停控制.清渣方向控制清渣方向控制是针对入口侧和出口侧撇渣器的驱动方向进行控制,左侧和右侧撇渣器作用方向不可调整,始终朝向带钢入口方向.在一个清渣周期内,入口侧和出口侧撇渣器的作用方向如果都朝向同一侧出渣,则容易造成该侧出渣口锌渣堆积,如果不能及时清理,锌渣凝固后则会堵塞出渣口.因此在一个周期内入口侧撇渣器和出口侧必须一个向左,一个向右;且在下一个周期同时改变作用方向.在P L C程序中检测入口侧和出口侧撇渣器的运行信号,通过P L C的异或指令每运行一次,切换一次运行方向.清渣频率控制自动清渣装置属于间歇性工作制,清渣频率控制也采用间歇停止时间控制方式.由于生产不同的板材产生的渣量也不相同,如果让撇渣器以满足最大渣量的频率工作,则造成电能、锌锭的浪费,同时电磁撇渣设备内部产生大量热量而影响设备寿命,因此要求撇渣器的清渣频率根据出渣量进行动态调整.通过与现场工艺和操作人员交流,总结出影响锌渣生成量的三个主要工艺参数:镀层厚度、机组速度以及板材宽度.由于三个变量对渣量均有影响,无法通过简单的函数关系进行计算,因此采用一种基于锌渣生成量评分计算的矩阵算法来调节清渣频率.如表所示,将镀层厚度、机组速度以及板材宽度定义为关键影响权重因子K、K和K.根据生产操作经验,对个权重因子K、K和K分别赋值.例如:镀层厚度范围 g/c m,权重因子K;机组速度范围 m/m i n,权重因子K;板材宽度范围 mm,权重因子K.影响权重因子 总和为固定 值,权重因子K、K、K的值可根据现场实际情况调整,设定本实施例为,即KKK.将镀层厚度、机组速度、板材宽度等划分为相同的等份,本文中为份(),分别为不同分级赋值S m为分,不同分值代表不同规格对锌渣生产量影响权重的占比.YP nPKn(P n)Sm(P n)()按公式()计算得出锌渣生产量总体评分Y.评分Y值越大,则浮渣产出量越大,需要的清渣频率也越高,即间歇停止时间越短.根据清渣装置的最小和最大清渣频率,自动输出清渣装置的启停工作频率或工作间隔时间.本实施例清渣装置最小和最大工作间隔时间对应TT 为 m i n.举例如下,镀层厚度D g/c m,机组速度S m/m i n,板材宽度W mm,镀层厚度D对应的权重因子K,分级值S;机组速度S对应的权重因子K,S;板材宽度W对应的权重因子K,S,则计算锌渣生成量总评分Y.对应的工作频率F,则对应的清渣装置的输出启停时间间隔为:s.武汉工程职业技术学院学报 表基于锌渣生成量评分算法的清渣装置自动启停频率矩阵表项目锌层厚度D(g/c m)机组速度S(m/m i n)板材宽度W(mm)参数范围 参数分级 参数分级值(S)SSS权重因子(K)KKK参数影响值(KS)影响总值YkSkSkS()影响值分级YY Y Y Y Y Y Y Y Y 工作频率(F)FFFFFFFFFF 低 高间歇停止时间(秒)注:镀层厚度数值越小,渣越多;机组速度数值越大,渣越多;板材宽度数值越大,渣越多.自动启停控制如图所示,在待机状态下,收到“启动命令”后,检查启动条件后按照设定电流、频率开始运行,同时开始计时,计时达到设定的运行时间后停止;开始停止计时,计时达到根据清渣频率控制程序计算的间歇停止时间后,继续运行.在停止间隔,也可以通过“人工干预”指令使清渣器运行一次,运行结束后重新开始停止计时.图自动启停控制流程图 撇渣器升降控制在镀锌生产过程中,随着镀锌生产使用和锌渣损耗,锌液面会降低;而加入锌锭后锌液面会上升.撇渣器距锌液面距离太大,则会导致磁场力的衰减,使撇渣器清渣能力大幅度减弱.撇渣器距锌液面距离太小,则锌液的辐射热会使撇渣器线圈温度升高;同时也增加了锌液和锌渣进入撇渣器的风险;这两方面原因都会导致撇渣器寿命缩短.为了使撇渣器与锌液面始终保持一个合适的相对距离,需要一套在线自动调整撇渣器高度的升降机构.以通讯的方式从机组P L C实时读取锌锅液位信号H,根据撇渣器的安装基准面,计算撇渣器距离锌液面实际距离DA c t,计算撇渣器距离锌液面设定距离DS p与实际距离DA c t的差值D,将差值与允许偏差比较,在允许偏差范围内则保持现状;超出允许偏差后,按照D的数值调整撇渣器位置上升或下降.撇渣器升降控制流程如图.图撇渣器升降控制流程 冷却系统控制撇渣器在工作时会产生焦耳热和锌锅辐射热,因此需要对撇渣器进行冷却;而撇渣器属于间歇工作,因此撇渣器本体温度随着撇渣器的工作频率不断起伏变化.因此对冷却风机的风量需求也不同,在撇渣器工作时,温度迅速升高,需要大风量快速冷却.在撇渣器停止后,温度降低,小风量冷却即可.风机转速控制如图,根据撇渣器的工作情况及温度进行高低速切换.图风机转速控制图 自动捞渣控制自动捞渣分为两种模式,一种是根据撇渣次数判断锌渣积累,设定自动捞渣频率,控制机器人按照预定程序作业,到达全自动捞渣功能.另一种是通过视觉系统引导,根据锌渣分布特征,确定最优捞渣顺序,智能捞渣,减少不必要的捞渣作业引起锌耗和梁晓刚杜永锋:锌锅自动清渣装置控制原理及实现电耗.机器人捞渣系统流程图如图.图机器人捞渣系统流程图 控制功能实现 自动清渣控制实现通过台撇渣专用电源,可以控制撇渣器驱动力的大小和流动速度;撇渣器的电流和频率独立可调.调节撇渣器的电流,可以改变磁场强度,调节所驱动的表层锌液深度;调节撇渣器频率,可以调整锌液流动的速度,使撇渣器既可将锌渣清除,又不对锌液面造成太大波动.通过西门子P L C可编程控制器,实现撇渣方向控制、撇渣频率控制及自动启停控制.撇渣器升降控制实现撇渣器的升降采用西门子V 伺服电机控制,随着锌锅液面高度的变化调整撇渣器的高度,使撇渣器和锌液面始终保持一个恒定的距离.使撇渣器的效果既可充分发挥,又不对撇渣器本体造成损害.冷却系统控制实现风冷系统主要是对冷却风机的控制,通过G 变频器控制冷却风机的运行.当撇渣器处于工作状态时,撇渣器本体温度升高,提高风机转速快速冷却;当撇渣处于间歇停止状态时,撇渣器本体温度降低,降低风机转速,在满足撇渣器冷却的同时,节能降耗.自动捞渣控制实现视觉系统由高速工业摄像机、高性能光源、高精度多维度摄像机调节机构、计算机服务器等组成.视觉相机周期性地对捞渣区域进行扫描拍摄,形成高清图像,由服务器根据算法模型对图像进行分析,提取锌渣特征,经过深度学习,最终达到通过图像准确判断锌渣堆积情况,引导机器人进行捞渣作业,详见图.图自动清渣控制系统图自动捞渣采用A B B工业六轴机器人,设置单独的HM I操作界面.操作人员可通过HM I选择机器人工作模式,既可以自动进行捞渣作业,也可以根据操作人员的指令进行特定区域捞渣作业.自动清渣装置系统网络结构控制系统采用西门子S CP L C,配置一武汉工程职业技术学院学报 块D P通讯卡与台撇渣器电源通讯,实现撇渣器的参数设定和自动启停.通过自带P N接口与V 伺服控制器、G 变频器、A B B机器人及视觉系统控制通讯,实现撇渣器的升降控制、风机控制及机器人控制.配置一块以太网卡与镀锌机组P L C通讯,读取机组数据(镀层厚度、机组速度、带钢宽度及锌液面高度).HM I采用西门子K T P 触摸屏,实现自动清渣系统的启停操作、参数设置、状态监视、报警记录等功能.结束语本文所介绍的锌锅自动清渣装置控制方法在宝钢、马钢、武钢等多个钢厂实施并投入生产运行.经过工程实例验证表明,该控制方法实现了锌锅清渣自动化、智能化、运行稳定、操作简便,在满足了控制系统工艺需求的同时还能兼顾产线的节能降耗.参考文献杜永锋热镀锌锌锅自动清渣系统集成及应用研究J武汉工程职业技术学院学报,():戴锡春,韦忠爽连续热镀锌生产线锌锅内除渣设备应用研究J冶金自动化,():侯晓光,钱洪卫,陆勇热镀锌锌锅电磁驱渣模拟研究及生产实践J轧钢,():杜永锋,王鲁,梁晓刚,等一种基于锌渣生产量的清渣自动启停控制装置P中国,黄凯强,陈豪,连井涛,等电磁撇渣器驱动电源系统与应用方法P中国,邓保峰,张佳,樊剑峰,等冷轧镀锌线锌锅液面清渣机器人系统研究与实现J冶金自动化,():刘杰中,曾求洪,冯力力,等镀锌线锌锅机器人无人化清渣系统开发J中国设备工程,():C o n t r o lP r i n c i p l ea n dR e a l i z a t i o no fA u t o m a t i cS l a gR e m o v a lD e v i c e f o rZ i n cP o tL i a n gX i a o g a n g D uY o n g f e n g(S h a n g h a iB a o s i g h tS o f t w a r eC o,L t d,S h a n g h a i )A b s t r a c t:I nt h ep r o d u c t i o no fh o t d i pg a l v a n i z i n go fs t e e ls t r i p,al a r g ea m o u n to fd r o s sg e n e r a t eo nt h es u r f a c eo f z i n c l i q u i d i nt h ez i n cp o t A n dw h e ng a t h e r e dt oac e r t a i ne x t e n t,t h ea c c u m u l a t i o no f z i n cs l a gw i l l a f f e c tt h es u r f a c eq u a l i t yo ft h es t r i p W i t he m p h a s i so nt h ec o n t r o lm e t h o do fa u t o m a t i cs l a gc l e a n i n gu n d e rd i f f e r e n t c o a t i n g t h i c k n e s s,d i f f e r e n t s t r i ps p e e d,d i f f e r e n t s t r i pw i d t ha n dd i f f e r e n t z i n cp o tl i q u i d l e v e l,t h i sp a p e r i n t r o d u c e s t h e c o n t r o l a n d i m p l e m e n t a t i o nm e t h o do f a na u t o m a t i c s l a gc l e a n i n gd e v i c ef o r z i n cp o t t h a t a d a p t s t ov a r i o u sw o r k i n gc o n d i t i o n s T h r o u g ht h e t e s t o fm u l t i p l eg a l v a n i z i n gu n i t s,t h ea u t o m a t i c s l a gc l e a n i n gd e v i c e r e a l i z e s t h e a u t o m o u s a n d i n t e l l i g e n t z i n cp o t s l a gc l e a n i n gw h i c h i sb e n e f i c i a l t o t h ee f f i c i e n c yo f t h ee n t i r eu n i t,a n da l s om e e t s t h e t i g h tp r o d u c t i o nr h y t h mo f s t e e lm i l l s a n d t h u st h e f u l f i l l s t h en e e d so fm a n u f a c t u r i n g K e yw o r d s:a u t o m a t i cs l a gc l e a n i n g;e l e c t r o m a g n e t i cs k i mm i n g;z i n cp o t;z i n cs l a g;P L C;c o n t r o l(责任编辑:李文英)梁晓刚杜永锋:锌锅自动清渣装置控制原理及实现