Заказчик – ОАО «Северсталь».

Год внедрения: 2007.

Назначение:

Система автоматизированного измерения геометрии листа в технологическом потоке представляет собой комплекс технических и программных средств для автоматизации процесса измерения геометрических размеров проката. Целью данной системы является выявление нарушения геометрии листов на стане 5000.

Основные функции:

• распознавание системой наличия проката в поле зрения измерительного модуля;
• вычисление длины измеряемого листа;
• вычисление ширины измеряемого листа;
• вычисление серповидности измеряемого листа;
• вычисление реальной плоскостности по всей площади измеряемого листа;
• вычисление максимального значения отклонения плоскостности;
• отображение результатов измерения на мониторе в графическом и текстовом (числовом) виде;
• графическое трехмерное отображение информации о недопустимом отклонении плоскостности;
• сохранение результатов измерения в памяти вычислительного модуля в течение шести месяцев с момента измерения;
• визуальная (цветовая) сигнализация превышения заданных допусков;
• ручной ввод информации о допустимых пределах отклонения плоскостности и -серповидности;
• обеспечение режимов настройки и калибровки системы.

В состав АС входят следующие компоненты:

1. Состав оборудования измерительного модуля СИПД:

• матричная телекамера Sanyo VCB-3380P (10 шт.);
• лазерный излучатель LAP 30RDL (6 шт.);
• модуль обработки изображения М4351S (10 шт.);
• буферный усилитель 8У485 (2 шт.).

2. Состав оборудования измерительного модуля СИШС:

• линейный измерительный модуль ЛСМ-5150 (6 шт.);
• лазерный датчик скорости LaserSpeed 8000-2;
• галогенный прожектор ИО-1500 (6 шт.).

3. Состав оборудования вычислительного модуля СИПД и СИШС:

• ПЭВМ промышленного исполнения IPC-510-SYS1-2 (P4/2.8ГГц/512Мб/80Гб/CD-ROM);
• интерфейсные платы (PCI-1602B);
• клавиатура;
• манипулятор «Мышь».

4. Состав модуля графической индикации СИПД и СИШС:

• LCD монитор (Siemens 18”).

5. Кабельные сигнальные линии, оборудование и линии питания, коммутационное оборудование.

Технические характеристики:

Параметр	Диапазон измерения
Диапазон измерений плоскостности, мм	0 - 100
Частота измерений плоскостности, Гц	50
Оптическое разрешение матричной камеры	752 х 288
Точность измерения плоскостности, мм/м	0,3
Частота измерений ширины и серповидности, Гц	100
Оптическое разрешение линейной камеры	5150 x 1
Точность измерения серповидности, 1мм/м	+ 1
Точность измерения серповидности, мм на длину листа	+ 2
Точность измерения длины (движение листа только в прямом направлении), % от длины листа	0,1
Точность измерения ширины , мм	+ 1

Принцип действия:

В рабочем режиме данные, полученные с приборов измерительного модуля АС (Рисунок 1,2), передаются по интерфейсу RS-485 в вычислительный модуль, где происходит обработка переданных данных: построение карты листа и вычисление отклонения плоскостности, серповидности и ширины по измеряемому листу. Результаты вычислений выводятся на модуль графической индикации. О превышении заданных параметров измерений сигнализируется на модуль графической индикации.

Измерение плоскостности проката основано на методе анализа световых проекций на поверхности листа. Измерения ширины и серповидности основано на методе анализа переходов освещённости на листе и под листом. Реализованные способы измерения защищены патентом РФ.

Рисунок 1

Рисунок 2 – СИСШ

Принцип работы измерительного модуля СИПД.

При подаче питания на приборы они переводятся в рабочий режим. Модули обработки изображения по интерфейсу RS-485 высылают результаты обработки видеосигнала с телекамер в Вычислительный модуль. Посылка пакетов с данными происходит с частотой 50 Гц.

АС работает в двух режимах: рабочий и настроечный.

Настроечный режим используется при калибровке системы (см. Руководство администратора), измерение в этом режиме не осуществляется.

В рабочем режиме возможен запуск и остановка контроля (процесса измерения). Остановка производиться в случае, когда не требуется проводить измерение листа. Рассмотрим алгоритм обработки сигнала, когда контроль запущен. Рабочая программа через аппаратные средства (интерфейс RS-485) получает данные от каждой телекамеры в отдельности и после запуска контроля начинает анализировать положение световых проекций. При появлении листа в зоне измерения и рабочая программа определяет, что лист проката находиться в зоне измерения и начинает запись данных в ОЗУ. При этом в программе выставляется флаг наличия листа. При пропадании световых проекций программа считает, что лист закончился, сбрасывается флаг наличия листа, производится расчет отклонения плоскостности, расчет максимального значения отклонения плоскостности по всему листу и отображение полученной картины на мониторе. Полученные значения измерений сохраняются в файл и базу данных Access. После этого программа ожидает появление нового листа.

Метод измерения.

Метод определения плоскостности листового материала является оптико-электронным. Он основан на анализе положения световой проекции на поверхности проката. Отличительными особенностями данного способа является применение стереоскопического эффекта, вследствие чего повышается надежность и точность измерения плоскостности листового материала, уменьшается погрешность, вносимая в измерения сильными колебаниями и толщиной материала, что позволяет получить абсолютные координаты измеряемой плоскостности листового материала.

Формирует с помощью лазерных излучателей две световые проекции в виде линии, расположенные поперечно относительно проката, анализирует их положение и высылает результаты на ВМ. Используя настроечные параметры, ВМ рассчитывает поперечный профиль листа и отслеживает его изменение. В результате строиться карта высот листа и рассчитывается отклонение плоскостности.

Принцип работы вычислительного модуля СИПД

Рабочая программа загружается в оперативную память вычислительного модуля автоматически после загрузки ОС. Данные от устройств записываются в буферы последовательных портов ВМ (СОМ3-СОМ12). Рабочая программа считывает полученные данные в оперативную память ВМ.

Принцип работы измерительного модуля СИШС.

При подаче питания на приборы они переводятся в рабочий режим. Датчик скорости и измерительные модули по интерфейсу RS-485 высылают результаты в ВМ. Посылка пакетов с данными происходит с частотой 100 Гц.

После включения программа переходит в режим ожидания листа. В этом режиме программа, через аппаратные средства, получает данные от измерительного модуля и производит анализ данных на наличие и положение световых границ. При появлении листа в зоне измерения, программа определяет наличие листа (выставляется флаг наличия) и производит накопление данных в ОЗУ вычислительного блока. По мере накопления данных производится построение графической карты листа и вывод изображения на монитор. При пропадании световых переходов программа считает, что лист вышел из зоны измерения, сбрасывается флаг наличия, производится обработка данных и расчёт ширины и серповидности листа. Рассчитанные параметры листа выводятся на монитор и записываются в базу данных. Далее программа ожидает появления следующего листа.

Метод измерения.

Метод определения измерения ширины и серповидности листа является оптико-электронным. Он основан на анализе положения световых границ (переход света и тени) на поверхности проката. Отличительными особенностями используемого метода является применение трёх линий измерения, параллельных друг другу и удалённых друг от друга на одинаковое расстояние, позволяющих учитывать смещение листа по рольгангу во время движения, вследствие чего повышается надежность и точность измерения серповидности листового материала. Система создаёт световую границу на листе с помощью галогенных прожекторов, лист представляется как освещённая область, а тень образуется под листом. Измерительный модуль анализирует положение границ света и высылает результаты на ВМ. Используя настроечные параметры, ВМ рассчитывает реальные координаты кромки листа под измерителем и отслеживает их изменение. В результате строятся кромки листа, рассчитывается их серповидность и ширина листа, как расстояние между кромками.

Принцип работы вычислительного модуля СИШС.

Рабочая программа загружается в оперативную память вычислительного модуля автоматически после загрузки ОС. Данные от устройств записываются в буферы последовательных портов ВМ (СОМ3-СОМ9). Рабочая программа считывает полученные данные в оперативную память ВМ.

Работа вычислительного модуля.

В качестве операционной системы для управления работой вычислительного модуля используется MS Windows XP Pro Rus. Данная система обладает графическим интерфейсом, является многозадачной. Расширенная база данных драйверов MS Windows XP Pro позволяет подключать различные периферийные устройства (сетевые платы, принтеры, платы коммуникационных портов и т. п.), а также задавать параметры работы этих устройств. В ВМ используются стандартные настройки операционной системы.

Рабочая программа АС разработана и скомпилирована с использованием среды программной разработки Borland Delphi v. 7.0. Данная среда является средой «быстрого» программирования под ОС Windows, поддерживает элементы графического интерфейса операционной системы. В качестве языка программирования использовался встроенный в среду язык высокого уровня Object Pascal.

Описание графического интерфейса и управляющих элементов

Запуск рабочей программы происходит в автозагрузке, сразу за загрузкой основных элементов ОС.

После запуска программа прорисовывает на экране монитора МГИ графические и текстовые элементы, инициализирует и настраивает последовательные порты ВМ (СОМ3-COM9).

Параметры портов:

Скорость передачи данных	115200 бит/с;
Биты данных	8;
Четность	нет;
Стоповые биты	1.

После этого запускаются потоки обработки данных. В циклическом потоке происходит опрос последовательных портов, к которым подключены модули обработки изображения.

Данные с портов проверяются на корректность и анализируются (см 4.2.3.1 Алгоритм обработки сигнала). При превышении результатов измерения относительно допуска предусмотрена цветовая сигнализация.

Главное окно программы представлено на Рис. 3.

Рисунок 3

Главное окно программы состоит из семи областей (см. рис. 3):

1) главное меню;

2) панель быстрого доступа;

3) строка состояния;

4) поле отображения результатов измерения;

поле отображения графического изображения;

информационное поле;

поле отображения технологических параметров

Главное меню

При помощи главного меню организован доступ к функциям программы.

Рисунок 4

Структура меню программы (см. рис.4):

Меню «Меню»

• «Отчёт…» - открытие диалогового окна «Создание отчётов»;

• «Параметры листа…» - открытие диалогового окна «Параметры листа»;

• «Настройки системы…» - открытие диалогового окна «Настройка системы измерения серповидности»;

• «Выход» - закрытие программы.

Панель быстрого доступа

Кнопки быстрого доступа реализуют быстрый доступ к основным функциям программы. Назначение кнопок приведено в табл. 1.

Таблица 1.

Внешний вид кнопки	Выполняемая функция
	Открытие окна «Создание отчётов»
	Открытие окна «Параметры листа»
	Остановка/Запуск контроля
	Разблокировка/Блокировка программы

Строка состояния

Здесь отображаются такие параметры, как дата, время, ошибки в работе программы, наличие и состояние последовательных портов, индикатор работы потока обработки данных.

Поле отображения результатов измерения

Здесь в поля с одноимёнными названиями выводятся измеряемые параметры листа: «Серповидность левая кромка», «Серповидность правая кромка», «Ширина средняя на лист», «Ширина в начал», «Ширина в центре», «Ширина в конце», «Длина» и «Скорость». Скорость и длина листа выводятся по мере движения листа , остальные параметры рассчитываются и выводятся только после выхода листа из зоны измерения.

Поле отображения графического изображения

По мере прохождения листа в зоне измерения на экране выстраивается графическое изображение, отображающее реальный лист в постоянном масштабе. Изображение движется в соответствии с реальным передвижением листа. При выходе листа из зоны измерения, изображение центрируется на экране монитора. При появлении под камерами следующего листа старое изображение пропадает.

Информационное поле

Здесь отображается текущее состояние системы: «ожидание листа», «готовность», «производится измерение». «Ожидание листа» - в зоне измерения нет листа. «Готовность» - лист находится под двумя первыми линиями измерения. «Производится измерения» - лист полностью перекрывает зону измерения, производится сбор данных в ОЗУ. В информационном поле отображается наличие границы листа под каждой измерительной камерой. Камеры изображены в виде прямоугольников, соответственно реальному расположению (черный цвет – граница отсутствует, белый цвет – граница листа в поле видимости камеры). Датчик скорости так же изображён в виде прямоугольника и расположен над изображениями камер(жёлтый цвет – лист отсутствует, красный цвет – лист под датчиком).

Окно рабочей программы «Создание отчётов» представлено на Рис.5.

Данное окно программы позволяет в удобном виде просматривать базу данных и создавать отчёты. Для просмотра базы необходимо в полях ввода (см. рис.6) выбрать период времени, если запрос производится только на один день, то можно выбрать смену (см. рис.7).

Рисунок 5 – Окно «Создание отчётов»

Рисунок 6

Рисунок 7

После выбора интервала времени для запроса, надо нажать кнопку «Обновить» - программа произведёт запрос к БД и результаты измерений, а так же информация о листе будут выведены в таблицу. Листы имеющие брак по серповидности будут отмечены красным цветом.

В программе предусмотрены два вида отчётов:

«Сводный отчёт» - создаётся и отправляется на печать общий отчёт по всем выбранным листам (каждая строка отчёта соответствует одной плавке). Переключатель «Печать брака» выставляет флаг, при котором на каждый бракованный лист в сводном отчёте будет распечатан протокол листа.

«Протокол листа» - создаётся и отправляется на печать отчёт только по листу выделенному в таблице синим цветом (выделение осуществляется при помощи левой кнопки мыши).

Создание отчёта выполняется при нажатии на кнопку с одноименным названием. Перед созданием отчёта необходимо ввести в соответствующее поле фамилию и инициалы оператора. Кнопка «Закрыть» закрывает окно «Создания отчётов».

Окно рабочей программы «Параметры листа» представлено на Рис. 8.

Рисунок 8 – Окно «Параметры листа»

Данное окно программы позволяет просматривать все технологические и идентификационные параметры измеренного листа. Параметры листа принимаются из локальной сети после их считывания оператором в системе управления маркировщиком. В данном окне устанавливается параметр «допуск по серповидности», этот параметр определяет предел величины серповидности, при превышении которого система определит лист как бракованный. После изменения величины допуска, необходимо нажать кнопку «Сохранить». Кнопка «Закрыть» закрывает окно «Параметры листа».

Окно рабочей программы «настройки системы измерения серповидности».

Служит для изменения настроек измерительных устройств и используется единовременно при калибровке системы. Для допуска к изменению настроек необходимо ввести пароль администратора системы. Более подробно назначение элементов управления приведено в «Руководстве администратора».

Описание графического интерфейса и управляющих элементов

Запуск рабочей программы происходит в автозагрузке, сразу за загрузкой основных элементов ОС.

После запуска программа прорисовывает на экране монитора МГИ графические и текстовые элементы, инициализирует и настраивает последовательные порты ВМ (СОМ3, СОМ4…).

Параметры портов:

Скорость передачи данных	921 600 бит/с;
Биты данных	8;
Четность	нет;
Стоповые биты	1.

После этого запускается программный таймер и потоки обработки данных. В цикле таймера каждые 30 мс происходит опрос последовательных портов, к которым подключены модули обработки изображения.

Данные с портов проверяются на корректность и анализируются (см 4.2.1.1 Алгоритм обработки сигнала). При превышении результатов измерения относительно допуска предусмотрена цветовая сигнализация.

Главное окно программы представлено на Рис. 9.

Рисунок 9 – Главное окно программы

Главное окно программы состоит из трех областей:

1. главное меню;

2. кнопки доступа к рабочим и настроечным параметрам системы;

3. строка состояния.

Главное меню

При помощи главного меню организован доступ к функциям программы.

Структура меню программы:

Меню «Файл»

• «Выборка из БД» - открытие диалогового окна «Отчет»;

• «Установки» - открытие диалогового окна «Установки»;

• «Выход» - завершение работы системы.

Меню «Окна»

• «Карта листа» - открытие/закрытие окна «Карта листа»;

• «Состояние системы» - открытие/закрытие окна «Состояние системы»;

• «3D поверхность» - открытие/закрытие окна «3D карта листа»;

• «Просмотр сохранений» - открытие/закрытие окна «Просмотр – Данные 1».

Меню «Режим системы»

• «Работа» - переключение системы в рабочий режим;

• «Настройка» - переключение системы в настроечный режим;

• «Контроль» - содержит подпункты «Запустить» и «Остановить» для начала и остановки контроля.

Меню «Оборудование»

• «Диагностика…» - открытие окна «Диагностика системы»;

• «Конфигурация…» - открытие окна «Общая конфигурация портов».

Кнопки быстрого доступа

Реализуют быстрый доступ к основным функциям программы. Назначение кнопок приведено в табл. 4.

Таблица 4.

Внешний вид кнопки	Выполняемая функция
	Запуск контроля
	Остановка контроля
	открытие окна «Диагностика системы»
	открытие окна «Общая конфигурация портов»
	открытие/закрытие окна «Карта листа»
	открытие/закрытие окна «Состояние системы»
	открытие/закрытие окна «3D карта листа»

Строка состояния

Здесь отображаются такие параметры, как текущий режим системы, состояние контроля, наличие листа в зоне измерения, состояние связи по сети с ССМ.

Окно рабочей программы «Карта листа» представлено на Рис. 10.

Данное окно программы позволяет наблюдать отклонение плоскостности проката проходящего в зоне измерений. После того как карта листа появилась на экране, подведя манипулятор “мышь” с нажатой левой клавишей в нужную точку листа и отпустив клавишу, пользователь может наблюдать на графике, расположенном в нижней части экрана, распределение плоскостности в данном сечении листа.

Справа от области вывода карты листа расположены поля для вывода информации по листу (партия, номер проката, номер листа, номинальные размеры) и ввода допустимого отклонения плоскостности. Под ними отображаются результаты измерения. Ниже расположено поле для выбора масштаба вывода результатов измерения и шкала градаций цвета в зависимости от масштаба.

Справа, над графиком среза, отображается индикаторы текущего состояния системы и состояния измерительного модуля.

Рисунок 10

Просмотреть состояние системы можно в окне «Состояние системы», приведенного на рис. 11.

Рисунок 11 – Окно "Состояние системы"

Здесь присутствуют индикаторы связи с камерами, системой слежения за металлом (ССМ) и вычислительным блоком измерения ширины и серповидности. Индикаторы связи имеют три состояния, они приведены в табл. 5.

Таблица 5

Внешний вид индикатора	Значение	Примечание
	Устройство не инсталлировано в системе	Цвет - серый
	Нет связи с устройством	Цвет - красный
	Связь с устройством установлена	Цвет - зеленый

Двойной щелчок левой клавишей манипулятора “мышь” на индикаторе связи с камерой вызывает окно «Видеосигнал камера Х» (где Х – номер камеры), если камера установлена в системе. Окно приведено на рис. 12.

Рисунок 12 – Окно "Видеосигнал камера Х"

Данное окно состоит из области вывода границ камеры, расположенной в верхней части окна, и дополнительной области, в которой находится описание границ и кнопка доступа к настройкам камеры «Дополнительно» (недоступна в рабочем режиме программы). Более детальное описание управляющих элементов, используемых для настройки камеры и калибровке системы в целом, приводится в «Руководстве администратора».

Окно «3D карта листа» приведено на рис. 13.

После окончания замера можно просмотреть трехмерную карту поверхности листа – окно «3D Карта листа». Управление просмотром осуществляется мышью.

Рисунок 13 – Окно «3D Карта листа»

Для просмотра данных с камер и диагностики работы системы используется окно «Диагностика оборудования», приведенное на рис. 14.

Здесь отображается положение границ для каждой камеры. При отсутствии видеосигнала или потере связи с камерой появляется соответствующая надпись.

Рисунок 14 – Окно «Диагностика оборудования»

Окно «Общая конфигурация портов» приведено на рис. 15.

Позволяет просмотреть текущее состояние и провести настройку COM-портов ВМ для приема данных с ИМ. Более подробно назначение элементов управления приведено в «Руководстве администратора».

Рисунок 15 – Окно «Общая конфигурация портов»

Для создания отчета нужно выбрать пункт «Выборка из БД» в меню «Файл». Откроется окно «Отчет», представленное на рис. 16. Здесь необходимо указать в области «Выбор диапазона дат» желаемый диапазон выборки. При нажатии на кнопку «Отчет» осуществляется запрос к БД и вывод его результатов. Если при этом помечен переключатель «Печать», то отчет будет выведен на печать.

Рисунок 16 – Окно «Отчет»