初除麟下表测温在济钢中厚板厂的开发与应用

摘要：本文主要介绍初除鳞后钢坯下表测温系统的方案提出、系统组成、安装注意事项、软件设计。该系统的实现，解决了现场环境差、电磁干扰等不利因素，准确提供了钢坯下表的温度及上下表的温差。
关键词：初除鳞;下表温度; Wincc Flexible人机界面; 数据处理。

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
中厚板厂由于轧制品种钢的工艺要求，当钢坯经过高压水除鳞后进入轧机之前，此时需要检测钢坯上下表面的准确温度及温差，要求钢坯上下表温度及温差控制在轧制要求范围之内，否则容易损害设备和影响产品质量。目前，上表面测温已经得到很好的解决及广泛的应用，而下表面测温由于现场环境极其恶劣，对测温系统能否长期可靠的运行提出了更高的要求。因此，需要研制一套能够在恶劣环境下精确测量的下表测温系统，再结合上表面测温的数据，来验证钢坯粗轧开轧温度是否满足工艺要求
2、方案设计
2.1 现状分析
下表面测温现场环境极其恶劣，此处钢坯温度一般都高于1000度，而且下表有很多氧化铁皮再加上除鳞冷却水因此给设备安装及维护带来很大考验。
2.2 方案描述
系统的关键在于，下表面测温系统的硬件设备能否得到长期可靠的保护及如何减少系统的维护量甚至达到免维护。因此，我们选用英国LAND公司的SYSTEM4系列红外光纤测温系统作为前端检测设备（中厚板厂目前使用的红外测温仪绝大多数为LAND产品）。该系统精度高、采样速度快、可靠性好，它的探头和控制器采用分体设计，通过带保护的光缆连接，探头体积很小，便于加装保护装置。保护套采用不锈钢全密封结构，内部压缩空气吹扫，外部冷却水喷淋，现场部分的线缆在压缩空气管道内部敷设可以得到有效的保护。数据处理与控制设备选用SIEMENS S7-200系列PLC和Wincc Flexible人机界面，此设备功能强大，质量可靠，控制方式与输出接口灵活多样，便于连接到现在的控制系统中。
2.3 系统组成
硬件：光纤式红外测温仪、不锈钢探头保护套、不锈钢控制器与阀组现场安装箱、信号处理器、S7200 PLC、HMI、不锈钢控制柜、电缆、空气滤清器及水、气管件等。
软件：STEP 7-Micro/WIN 、WinCC Flexible、应用程序。
2.4 注意事项
保护套底座与钢坯下表面的距离不大于600mm，探头的瞄准角度与垂直方向夹角不大于45度，保护管长度可调且配有双重保护，能有效防止异物落入。吹扫气源使用工厂仪表气源即可，流量为350升／分，压力为0.3～0.5Mpa，进气管内径为25mm，另端放空。
3、控制软件
系统采用SM231模拟量输入模块，接受测量的钢坯温度信号（4-20mA），经过量程转换后，得出实际温度数据。
PLC实时读取模拟量通道数据，当产生温度信号正跳变并且持续一段时间，发出钢坯来临的信号。PLC停止所有工作，只进行数据读取和保存任务。以求记录最多温度数据。当产生温度信号负跳变并且持续一段时间，发出钢坯离去的信号。同时PLC转向数据分析和处理任务，其中包括数据筛选、大小排序、计算温度平均值。最后进行上下温差比较，如果数值大于规定数值，则进行声光报警，提醒操作人员进行处理。
下面是采集信号处理的流程图：

由于现场环境存在一定的干扰，加之没有加装接近开关等传感器，需要通过对采集数据的分析来判断钢坯的来临和离开，具体方法是如果连续的5个数中有3个是大于1000度的，就认为已经来临。从此刻起，开始把读取来的数据依次放入内存，直到检测到连续的5个采样数中有3个小于1000度，或当存储空间被占满，结束存放数据。此程序的难点在于对数据的处理。多次用到间接寻址和FOR\ NEXT循环功能。首先利用间接寻址把储存的数据，每读过一个数据来之后，存储数据地址的寄存器加2，指向下一个数据的存储地址。
因为只有温度高的数据才能放映钢坯的实际温度，所以我们要在所有的数据之中取出50个温度的最高值，把这50个数据按照从小到大的顺序存放在存储空间，这就用到了排序。读过第一个数据来，放在第一个地址，第二个数据来了和第一个数据比较，如果大于第一个数据，把第一个数据MOV到下一个存储空间，把第二个数据放入第一个存储空间。第三个数来了之后先比较第一个数据，如果大于，把第2位置上的数据移向第3个位置第1位置上的数据一项第二位置，把此数据放入第1位置，如果小于第1位置上的数，大于第二位置上的数，把第2位置上的移到第3放入第二位置，以此类推。需要指出的是，要找到数据的放入位置，要用到循环，直到找到此位置，循环结束。在循环之中，同样要用到间接寻址。找到位置之后，要用到循环把较小位置上的数据依次下移，当然还是先移动最小的数据，数据依然是靠间接寻址来读取。然后移入数据到该位置，这样就完成了所有数据的排序，并且只保留了50最大的数据。
数据处理流程图表示如下图所示：

完成了排序之后舍弃最大的5个数据求剩下的45个数据的平均值：间接寻址，依次累加，除以45得到数据。因为5个最大的数据也是不可靠的，所以在求平均值的时候也被舍弃。这样就得到了准确的钢坯的温度。
由于现场情况复杂，存在很强的电磁干扰，屏蔽干扰显得尤为重要。把PLC模拟量模块的负与24V电源的负相连接，就可以有效地抑制干扰。实践证明，若不采取次措施，数据非常之不稳定。
Wincc Flexible实时显示上下表面温度及温差、温度温差超限报警、历史数据存储查询、趋势图显示、数据图形打印等。并有多种输出形式和接口可选。可连接多台显示仪表及大屏幕用于异地显示。
4、结论
除磷后钢坯下表面测温系统解决现场环境差、电磁干扰等不利因素的影响，准确的提供了钢坯下表的温度及上下表的温差，为轧制品种板提供了有效的保证。