初除麟下表測溫在濟鋼中厚板廠的開發與應用

摘要：本文主要介紹初除鱗后鋼坯下表測溫系統的方案提出、系統組成、安裝注意事項、軟件設計。該系統的實現，解決了現場環境差、電磁干擾等不利因素，準確提供了鋼坯下表的溫度及上下表的溫差。
關鍵詞：初除鱗;下表溫度; Wincc Flexible人機界面; 數據處理。

Abstract: This paper mainly introduces project lodging、system compose、notice proceeding of installing、software design in measuring temperature system under slab after primary descaling. It solves some disadvantage factors, in instance bad circumstance in locale and electromagnetic disturb. It exactly provides the temperature under plates and difference between upper and under surface of plate.
Key Words: primary descaling; measuring bottom surface temperater; Wincc Flexible HMI; data processing.

1、前言
中厚板廠由于軋制品種鋼的工藝要求，當鋼坯經過高壓水除鱗后進入軋機之前，此時需要檢測鋼坯上下表面的準確溫度及溫差，要求鋼坯上下表溫度及溫差控制在軋制要求范圍之內，否則容易損害設備和影響產品質量。目前，上表面測溫已經得到很好的解決及廣泛的應用，而下表面測溫由于現場環境極其惡劣，對測溫系統能否長期可靠的運行提出了更高的要求。因此，需要研制一套能夠在惡劣環境下精確測量的下表測溫系統，再結合上表面測溫的數據，來驗證鋼坯粗軋開軋溫度是否滿足工藝要求
2、方案設計
2.1 現狀分析
下表面測溫現場環境極其惡劣，此處鋼坯溫度一般都高于1000度，而且下表有很多氧化鐵皮再加上除鱗冷卻水因此給設備安裝及維護帶來很大考驗。
2.2 方案描述
系統的關鍵在于，下表面測溫系統的硬件設備能否得到長期可靠的保護及如何減少系統的維護量甚至達到免維護。因此，我們選用英國LAND公司的SYSTEM4系列紅外光纖測溫系統作為前端檢測設備（中厚板廠目前使用的紅外測溫儀絕大多數為LAND產品）。該系統精度高、采樣速度快、可靠性好，它的探頭和控制器采用分體設計，通過帶保護的光纜連接，探頭體積很小，便于加裝保護裝置。保護套采用不銹鋼全密封結構，內部壓縮空氣吹掃，外部冷卻水噴淋，現場部分的線纜在壓縮空氣管道內部敷設可以得到有效的保護。數據處理與控制設備選用SIEMENS S7-200系列PLC和Wincc Flexible人機界面，此設備功能強大，質量可靠，控制方式與輸出接口靈活多樣，便于連接到現在的控制系統中。
2.3 系統組成
硬件：光纖式紅外測溫儀、不銹鋼探頭保護套、不銹鋼控制器與閥組現場安裝箱、信號處理器、S7200 PLC、HMI、不銹鋼控制柜、電纜、空氣濾清器及水、氣管件等。
軟件：STEP 7-Micro/WIN 、WinCC Flexible、應用程序。
2.4 注意事項
保護套底座與鋼坯下表面的距離不大于600mm，探頭的瞄準角度與垂直方向夾角不大于45度，保護管長度可調且配有雙重保護，能有效防止異物落入。吹掃氣源使用工廠儀表氣源即可，流量為350升／分，壓力為0.3～0.5Mpa，進氣管內徑為25mm，另端放空。
3、控制軟件
系統采用SM231模擬量輸入模塊，接受測量的鋼坯溫度信號（4-20mA），經過量程轉換后，得出實際溫度數據。
PLC實時讀取模擬量通道數據，當產生溫度信號正跳變并且持續一段時間，發出鋼坯來臨的信號。PLC停止所有工作，只進行數據讀取和保存任務。以求記錄最多溫度數據。當產生溫度信號負跳變并且持續一段時間，發出鋼坯離去的信號。同時PLC轉向數據分析和處理任務，其中包括數據篩選、大小排序、計算溫度平均值。最后進行上下溫差比較，如果數值大于規定數值，則進行聲光報警，提醒操作人員進行處理。
下面是采集信號處理的流程圖：

由于現場環境存在一定的干擾，加之沒有加裝接近開關等傳感器，需要通過對采集數據的分析來判斷鋼坯的來臨和離開，具體方法是如果連續的5個數中有3個是大于1000度的，就認為已經來臨。從此刻起，開始把讀取來的數據依次放入內存，直到檢測到連續的5個采樣數中有3個小于1000度，或當存儲空間被占滿，結束存放數據。此程序的難點在于對數據的處理。多次用到間接尋址和FOR\ NEXT循環功能。首先利用間接尋址把儲存的數據，每讀過一個數據來之后，存儲數據地址的寄存器加2，指向下一個數據的存儲地址。
因為只有溫度高的數據才能放映鋼坯的實際溫度，所以我們要在所有的數據之中取出50個溫度的最高值，把這50個數據按照從小到大的順序存放在存儲空間，這就用到了排序。讀過第一個數據來，放在第一個地址，第二個數據來了和第一個數據比較，如果大于第一個數據，把第一個數據MOV到下一個存儲空間，把第二個數據放入第一個存儲空間。第三個數來了之后先比較第一個數據，如果大于，把第2位置上的數據移向第3個位置第1位置上的數據一項第二位置，把此數據放入第1位置，如果小于第1位置上的數，大于第二位置上的數，把第2位置上的移到第3放入第二位置，以此類推。需要指出的是，要找到數據的放入位置，要用到循環，直到找到此位置，循環結束。在循環之中，同樣要用到間接尋址。找到位置之后，要用到循環把較小位置上的數據依次下移，當然還是先移動最小的數據，數據依然是靠間接尋址來讀取。然后移入數據到該位置，這樣就完成了所有數據的排序，并且只保留了50最大的數據。
數據處理流程圖表示如下圖所示：

完成了排序之后舍棄最大的5個數據求剩下的45個數據的平均值：間接尋址，依次累加，除以45得到數據。因為5個最大的數據也是不可靠的，所以在求平均值的時候也被舍棄。這樣就得到了準確的鋼坯的溫度。
由于現場情況復雜，存在很強的電磁干擾，屏蔽干擾顯得尤為重要。把PLC模擬量模塊的負與24V電源的負相連接，就可以有效地抑制干擾。實踐證明，若不采取次措施，數據非常之不穩定。
Wincc Flexible實時顯示上下表面溫度及溫差、溫度溫差超限報警、歷史數據存儲查詢、趨勢圖顯示、數據圖形打印等。并有多種輸出形式和接口可選?？蛇B接多臺顯示儀表及大屏幕用于異地顯示。
4、結論
除磷后鋼坯下表面測溫系統解決現場環境差、電磁干擾等不利因素的影響，準確的提供了鋼坯下表的溫度及上下表的溫差，為軋制品種板提供了有效的保證。