CN103567596A - 基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统 - Google Patents

基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，包括设置于操作站中用于完成生产操作和管理的上位机、设置于生产车间中各流水线上用于完成模拟量采集和在线实时逻辑控制的多个下位机、受多个所述下位机控制的多个连铸坯火焰切割系统，以及分别与上位机和下位机相接的电源；所述下位机与上位机之间以及多个所述下位机之间均通过现场总线方式通讯。本发明采用了基于现场总线的PLC控制系统，不仅降低了人力物力资源，在很大程度上也降低了工作人员的劳动强度，减少了很多不安全因素，提高了连铸坯的生产质量，实现了全面自动化控制，且能安全、稳定、高效运行。

Description

基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统
技术领域
本发明涉及一种自动控制系统，尤其是涉及一种基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统。
背景技术
连铸是把液态钢用连铸机浇注，冷凝，切割而直接得到铸坯的工艺。它是连接炼钢厂（车间）和轧钢的中间环节，是炼钢厂的主要组成部分。在连铸机生产过程中,火焰切割机将钢坯切割成一定长度,以满足轧钢机轧钢要求。由于火焰切割机是在高温下长时间持续运行,所以要求其具有极高的可靠性和良好的可维修性。在目前的连铸火焰定尺切割系统中，切割机与铸坯同步工作的各位置，切割氧气，能源介质的开闭等，一般都依赖行程开关、接近开关等检测元件发出信号的准确无误才能正常工作，而连铸机铸坯切割现场环境恶劣，高温、水淋、粉尘、撞击等现象都会影响检测元件的寿命，是经常造成检测元件、线路损坏的原因。同时，现有的铸坯火焰切割系统存在自动化程度低，定尺测量系统安装复杂，调整困难，定位误差大等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，其结构简单且使用操作方便，实现了全面自动化控制,且能安全、稳定、高效运行。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，其特征在于：包括设置于操作站中用于完成生产操作和管理的上位机、设置于生产车间中各流水线上用于完成模拟量采集和在线实时逻辑控制的多个下位机、受多个所述下位机控制的多个连铸坯火焰切割系统，以及分别与上位机和下位机相接的电源；所述下位机与上位机之间以及多个所述下位机之间均通过现场总线方式通讯；所述连铸坯火焰切割系统包括包括燃气供给单元、氧气供给单元、对下位机发送脉冲信号以便其计算出连铸坯实际切割厚度的脉冲发生器、与下位机相接且向所述下位机发送定尺信号的定尺测量系统、对连铸坯进行切割的火焰切割装置、分别由割车变频器和割枪变频器驱动并带动所述火焰切割装置工作的电机一和电机二、与下位机相接且对所述燃气供给单元进行开闭控制的燃气电磁阀、与下位机相接且对所述氧气供给单元进行开闭控制的氧气电磁阀、与下位机相接且对所述连铸坯进行夹放控制的夹坯电磁阀、分别与下位机相接的脉冲点火器、火焰检测器和自动清渣单元；所述燃气供给单元包括通过供气管道依次相接的燃气分离制取系统、脱水干燥系统和调压系统，且所述燃气为经焦炉煤气分离制取得到的氢气；所述火焰切割装置包括切割小车、安装在切割小车上的铸坯夹具机构和安装在铸坯夹具机构上的切割枪，所述切割枪上设置有割嘴，脉冲点火器和火焰检测器均安装在所述割嘴一侧，所述割嘴上设置有燃气出气口和氧气出气口；所述定尺测量系统包括摄取铸坯运动图像的摄像机、与摄像机相接且对所述图像进行数字化的图像采集卡、将图像采集卡传送来的数字图像进行预处理以检测所述铸坯长度信号的图像处理单元以及与下位机相接的切割枪定位检测单元，所述切割枪定位检测单元为安装在切割枪上的位置检测编码器，所述图像采集卡分别与摄像机和图像处理单元相接，所述图像处理单元与下位机相接；所述割车变频器分别与电机一和下位机相接，所述割枪变频器分别与电机二和下位机相接，所述电机一与切割小车相接，所述电机二与切割枪相接，所述脉冲发生器与下位机相接，所述燃气供给单元与切割枪之间通过供气管道一连接，所述氧气供给单元与切割枪之间通过供气管道二连接，所述切割枪上设置有供所述供气管道一和供气管道二与其相接的连接口，所述燃气电磁阀安装在所述供气管道一上，所述氧气电磁阀安装在所述供气管道二上，所述夹坯电磁阀安装在铸坯夹具机构上。
上述基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，其特征是：所述上位机为集成有WINCC4.0人机界面软件的S7-400系列PLC。
上述基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，其特征是：所述下位机为S7-300系列PLC。
上述基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，其特征是：所述现场总线为LonWorks。
上述基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，其特征是：还包括与下位机相接的现场操作箱以及设置于所述现场操作箱上用于安全维修的手动按钮。
本发明与现有技术相比具有以下优点：结构简单，安装布设方便，投入成本低，引入了基于现场总线的PLC控制系统，不仅降低了人力物力资源，在很大程度上也降低了工作人员的劳动强度，减少了很多不安全因素，提高了铸坯的合格率，实现了全面自动化控制。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的工作原理框图。
图2为连铸坯火焰切割系统的控制原理框图。
附图标记说明:
1—上位机；           2—下位机；            3—连铸坯火焰切割系统；
3-1—脉冲发生器；     3-2—定尺测量系统；    3-2-1—摄像机；
3-2-2-图像采集卡；    3-2-3-图像处理单元；
3-2-4—切割枪定位检测单元；
3-3-火焰切割装置；    3-3-1-切割小车；       3-3-2-铸坯夹具机构；
3-3-3—切割枪；       3-4—割车变频器；      3-5—割枪变频器；
3-6—电机一；        3-7—电机二；         3-8—燃气电磁阀；
3-9—氧气电磁阀；    3-10—夹坯电磁阀；    3-11—脉冲点火器；
3-12—火焰检测器；   3-13—自动清渣单元。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明包括设置于操作站中用于完成生产操作和管理的上位机1、设置于生产车间中各流水线上用于完成模拟量采集和在线实时逻辑控制的多个下位机2、受多个所述下位机2控制的多个连铸坯火焰切割系统3，以及分别与上位机1和下位机2相接的电源；所述下位机2与上位机1之间以及多个所述下位机之间均通过现场总线方式通讯；所述连铸坯火焰切割系统3包括包括燃气供给单元、氧气供给单元、对下位机2发送脉冲信号以便其计算出连铸坯实际切割厚度的脉冲发生器3-1、与下位机2相接且向所述下位机发送定尺信号的定尺测量系统3-2、对连铸坯进行切割的火焰切割装置3-3、分别由割车变频器3-4和割枪变频器3-5驱动并带动所述火焰切割装置工作的电机一3-6和电机二3-7、与下位机2相接且对所述燃气供给单元进行开闭控制的燃气电磁阀3-8、与下位机2相接且对所述氧气供给单元进行开闭控制的氧气电磁阀3-9、与下位机2相接且对所述连铸坯进行夹放控制的夹坯电磁阀3-10、分别与下位机2相接的脉冲点火器3-11、火焰检测器3-12和自动清渣单元3-13；所述燃气供给单元包括通过供气管道依次相接的燃气分离制取系统、脱水干燥系统和调压系统，且所述燃气为经焦炉煤气分离制取得到的氢气；所述火焰切割装置3-3包括切割小车3-3-1、安装在切割小车3-3-1上的铸坯夹具机构3-3-2和安装在铸坯夹具机构3-3-2上的切割枪3-3-3，所述切割枪上设置有割嘴，脉冲点火器3-11和火焰检测器3-12均安装在所述割嘴一侧，所述割嘴上设置有燃气出气口和氧气出气口；所述定尺测量系统3-2包括摄取铸坯运动图像的摄像机3-2-1、与摄像机3-2-1相接且对所述图像进行数字化的图像采集卡3-2-2、将图像采集卡3-2-2传送来的数字图像进行预处理以检测所述铸坯长度信号的图像处理单元3-2-3以及与下位机2相接的切割枪定位检测单元3-2-4，所述切割枪定位检测单元为安装在切割枪3-3-3上的位置检测编码器，所述图像采集卡3-2-2分别与摄像机3-2-1和图像处理单元3-2-3相接，所述图像处理单元3-2-3与下位机2相接；所述割车变频器3-4分别与电机一3-6和下位机2相接，所述割枪变频器5分别与电机二3-7和下位机2相接，所述电机一3-6与切割小车3-3-1相接，所述电机二3-7与切割枪3-3-3相接，所述脉冲发生器3-1与下位机2相接，所述燃气供给单元与切割枪3-3-3之间通过供气管道一连接，所述氧气供给单元与切割枪3-3-3之间通过供气管道二连接，所述切割枪3-3-3上设置有供所述供气管道一和供气管道二与其相接的连接口，所述燃气电磁阀3-8安装在所述供气管道一上，所述氧气电磁阀3-9安装在所述供气管道二上，所述夹坯电磁阀3-10安装在铸坯夹具机构3-3-2上。
本实施例中，所述上位机1为集成有WINCC4.0人机界面软件的S7-400系列PLC。
本实施例中，所述下位机2为S7-300系列PLC。
本实施例中，所述现场总线为LonWorks。
本实施例中，还包括与下位机2相接的现场操作箱以及设置于所述现场操作箱上用于安全维修的手动按钮。
本发明的工作过程为：启动系统，当下位机2接收到定尺测量系统（3-2）发送的定尺信号后，下位机2向上位机1发送“切割准备好”信号，上位机1向下位机2返回“开始切割”指令，于是下位机2控制夹坯电磁阀3-10使得铸坯夹具机构3-3-2动作，切割小车3-3-1与所述连铸坯在电机一3-6驱动下同步向前行驶，同时下位机2将燃气电磁阀3-8、氧气电磁阀3-9以及脉冲点火器3-11打开，脉冲点火器3-11向切割枪3-3-3的割嘴发射电火花点燃燃气与氧气的混合气体并形成火焰，火焰检测器3-12检测到火焰后发出信号关闭脉冲点火器3-11，电机二3-7在下位机2的控制下驱动切割枪3-3-3开始切割，与此同时，下位机2向上位机1返回“正在切割”信号，在切割过程中，自动清渣单3-13在下位机2的作用下将切割枪3-3-3割嘴上的挂渣实时清理；切割完毕后，由下位机2控制燃气电磁阀3-8和氧气电磁阀3-9断电，关闭切割枪3-3-3，然后夹坯电磁阀3-10动作，火焰切割装置3-3脱离连铸坯，下位机2向上位机1返回“切割完成”信号。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，其特征在于：包括设置于操作站中用于完成生产操作和管理的上位机（1）、设置于生产车间中各流水线上用于完成模拟量采集和在线实时逻辑控制的多个下位机（2）、受多个所述下位机（2）控制的多个连铸坯火焰切割系统（3），以及分别与上位机（1）和下位机（2）相接的电源；所述下位机（2）与上位机（1）之间以及多个所述下位机之间均通过现场总线方式通讯；所述连铸坯火焰切割系统（3）包括包括燃气供给单元、氧气供给单元、对下位机（2）发送脉冲信号以便其计算出连铸坯实际切割厚度的脉冲发生器（3-1）、与下位机（2）相接且向所述下位机发送定尺信号的定尺测量系统（3-2）、对连铸坯进行切割的火焰切割装置（3-3）、分别由割车变频器（3-4）和割枪变频器（3-5）驱动并带动所述火焰切割装置工作的电机一（3-6）和电机二（3-7）、与下位机（2）相接且对所述燃气供给单元进行开闭控制的燃气电磁阀（3-8）、与下位机（2）相接且对所述氧气供给单元进行开闭控制的氧气电磁阀（3-9）、与下位机（2）相接且对所述连铸坯进行夹放控制的夹坯电磁阀（3-10）、分别与下位机（2）相接的脉冲点火器（3-11）、火焰检测器（3-12）和自动清渣单元（3-13）；所述燃气供给单元包括通过供气管道依次相接的燃气分离制取系统、脱水干燥系统和调压系统，且所述燃气为经焦炉煤气分离制取得到的氢气；所述火焰切割装置（3-3）包括切割小车（3-3-1）、安装在切割小车（3-3-1）上的铸坯夹具机构（3-3-2）和安装在铸坯夹具机构（3-3-2）上的切割枪（3-3-3），所述切割枪上设置有割嘴，脉冲点火器（3-11）和火焰检测器（3-12）均安装在所述割嘴一侧，所述割嘴上设置有燃气出气口和氧气出气口；所述定尺测量系统（3-2）包括摄取铸坯运动图像的摄像机（3-2-1）、与摄像机（3-2-1）相接且对所述图像进行数字化的图像采集卡（3-2-2）、将图像采集卡（3-2-2）传送来的数字图像进行预处理以检测所述铸坯长度信号的图像处理单元（3-2-3）以及与下位机（2）相接的切割枪定位检测单元（3-2-4），所述切割枪定位检测单元为安装在切割枪（3-3-3）上的位置检测编码器，所述图像采集卡（3-2-2）分别与摄像机（3-2-1）和图像处理单元（3-2-3）相接，所述图像处理单元（3-2-3）与下位机（2）相接；所述割车变频器（3-4）分别与电机一（3-6）和下位机（2）相接，所述割枪变频器（5）分别与电机二（3-7）和下位机（2）相接，所述电机一（3-6）与切割小车（3-3-1）相接，所述电机二（3-7）与切割枪（3-3-3）相接，所述脉冲发生器（3-1）与下位机（2）相接，所述燃气供给单元与切割枪（3-3-3）之间通过供气管道一连接，所述氧气供给单元与切割枪（3-3-3）之间通过供气管道二连接，所述切割枪（3-3-3）上设置有供所述供气管道一和供气管道二与其相接的连接口，所述燃气电磁阀（3-8）安装在所述供气管道一上，所述氧气电磁阀（3-9）安装在所述供气管道二上，所述夹坯电磁阀（3-10）安装在铸坯夹具机构（3-3-2）上。
2.按照权利要求1所述的基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，其特征在于：所述上位机（1）为集成有WINCC4.0人机界面软件的S7-400系列PLC
3.按照权利要求1或2所述的基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，其特征在于：所述下位机（2）为S7-300系列PLC。
4.按照权利要求3所述的基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，其特征在于：所述现场总线为LonWorks。
5.按照权利要求3所述的基于现场总线的连铸坯火焰切割自动控制系统，其特征在于：还包括与下位机（2）相接的现场操作箱以及设置于所述现场操作箱上用于安全维修的手动按钮。
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