33近終型異型坯連鑄機(jī)控制技術(shù)研究8-27

1、第四屆發(fā)展中國(guó)家連鑄國(guó)際會(huì)議（CCC’08）1近終型異型坯連鑄機(jī)控制技術(shù)研究近終型異型坯連鑄機(jī)控制技術(shù)研究吳曉峰潘恒龍英（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化部山東萊蕪271104）摘要：本文對(duì)近終型異型坯連鑄機(jī)自動(dòng)控制進(jìn)行了研究，采用先進(jìn)的控制方法，實(shí)現(xiàn)了拉矯機(jī)負(fù)載均衡、動(dòng)態(tài)二冷水、鑄坯切割優(yōu)化等功能，降低了系統(tǒng)的故障率，提高了控制的精度，最終改善了鑄坯的質(zhì)量，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。關(guān)鍵詞：異型坯；結(jié)晶器液位控制；負(fù)載均衡；動(dòng)態(tài)二冷水；切割優(yōu)化Th

2、eResearchofControlTechnologyinNearShapeBeamBlankCasterWUXiaofengPANHengLONGYing(AutomationDepartmentofLAIGANGGroupShanDongprovinceLaiWucityChina271104)Abstract:Thisarticleistodoresearchontheautomaticcontrolofnearshapebea

3、mblankcaster.Byusingtheadvancedcontrolmethoditrealizestheloadsharingcontrolofwithdrawalthedynamicsecondarycoolingthecuttingoptimizationetc.Itreducesthefaultrateofsystemitimprovesthecontrolprecision.Attheenditimprovestheq

4、ualityofcastingblankitachievesthegoalofdesign.Keywds:beamblankmoldlevelcontrolloadsharingdynamicsecondarycoolingcuttingoptimization1前言萊鋼根據(jù)發(fā)展規(guī)劃，為調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，適應(yīng)市場(chǎng)需求，提高公司經(jīng)濟(jì)效益，決定新建異型坯連鑄機(jī)及其配套項(xiàng)目，為軋機(jī)生產(chǎn)H型鋼提供合格的坯料。投運(yùn)后的異型坯連鑄機(jī)具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗

5、的特點(diǎn)，年生產(chǎn)異型坯120萬噸。異型坯連鑄機(jī)生產(chǎn)線的自動(dòng)化系統(tǒng)采用設(shè)備級(jí)、基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)和過程級(jí)三個(gè)控制級(jí)，設(shè)備級(jí)主要是由現(xiàn)場(chǎng)編碼器、激光測(cè)距、傳動(dòng)裝置等組成，通過Profibus總線和基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)進(jìn)行信息交換；基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)由西門子的PLC組成，通過以太網(wǎng)與過程級(jí)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，接受過程級(jí)指令，通過運(yùn)算邏輯實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制；過程級(jí)用于控制連鑄的生產(chǎn)過程，包括數(shù)據(jù)采集（來自基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)）、模型計(jì)算、生產(chǎn)控制指令下達(dá)、報(bào)

6、表打印等功能，它還具有和轉(zhuǎn)爐、精煉爐、軋機(jī)進(jìn)行通訊的功能，并預(yù)留了與工廠管理級(jí)的接口。2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)根據(jù)工藝要求，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。3控制技術(shù)研究連鑄過程自動(dòng)化控制主要包括結(jié)晶器液面控制、結(jié)晶器振動(dòng)控制、拉矯機(jī)控制、二冷水控制、定尺切割等基礎(chǔ)自動(dòng)化以及具有計(jì)劃管理、報(bào)表、切割優(yōu)化、動(dòng)態(tài)二冷水、質(zhì)量判定等數(shù)學(xué)模型的過程自動(dòng)化。下面介紹幾個(gè)主要的功能。3.1結(jié)晶器液位控制由于結(jié)晶器鋼水液位波動(dòng)不但直接影響鑄坯的質(zhì)量（夾渣、鼓肚和

7、裂紋等），而且會(huì)導(dǎo)致澆鑄過程中的溢鋼和漏鋼事故，因此結(jié)晶器鋼水液位控制至關(guān)重要。液面控制的干擾因素為：結(jié)晶器振動(dòng)頻率和振幅變化對(duì)檢測(cè)器的影第四屆發(fā)展中國(guó)家連鑄國(guó)際會(huì)議（CCC’08）3負(fù)載均衡技術(shù)主要保證各個(gè)拉矯機(jī)之間轉(zhuǎn)矩平衡，防止個(gè)別拉矯機(jī)由于長(zhǎng)期受力過多發(fā)生故障。每組驅(qū)動(dòng)輥表面的拉矯力計(jì)算公式為：（2）iirefiirefRiMF??其中：F—驅(qū)動(dòng)輥表面拉矯力（N），M—驅(qū)動(dòng)的實(shí)際扭矩（Nm），i齒數(shù)比，R—輥徑（m）所有驅(qū)動(dòng)輥的拉

8、矯力之和就是總的拉矯力Fref（Fref=Fref1Fref2Frefn）。根據(jù)驅(qū)動(dòng)輥的特點(diǎn)，為每個(gè)輥?zhàn)佣荚谙到y(tǒng)中設(shè)定了負(fù)載系數(shù)，所有驅(qū)動(dòng)輥的負(fù)載系數(shù)之和就是總的負(fù)載系數(shù)Kf（Kf=Kf1Kf2Kfn）。則設(shè)定拉矯力（3）irefKfKfF?setiF負(fù)載均衡系統(tǒng)就根據(jù)設(shè)定拉矯力和實(shí)際拉矯力的的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，自動(dòng)調(diào)整傳輸給變頻器的速度保證轉(zhuǎn)矩保持恒定。控制框圖如圖3所示。系統(tǒng)投運(yùn)后實(shí)際扭矩和設(shè)定扭矩比較接近，防止了過流欠電壓等故障的發(fā)生

9、，提高了電機(jī)壽命，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.3動(dòng)態(tài)二冷水控制根據(jù)異型坯的特點(diǎn)，為了保證冷卻的效果，每流設(shè)計(jì)了17個(gè)冷卻區(qū)，即每流有17個(gè)控制回路，對(duì)鑄坯的二冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)了采用三級(jí)控制：操作人員控制、一級(jí)控制和二級(jí)模型控制，在投入二級(jí)系統(tǒng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)二冷水的動(dòng)態(tài)控制。控制框圖如圖4所示：二級(jí)模型選擇開關(guān)PIDSP二冷區(qū)流量測(cè)量PVε圖4：二冷水控制框圖Fig.4Controldiagramofsecondarycooling一級(jí)冷卻曲線操作員設(shè)

10、定F二級(jí)模型采用溫度推算控制法，將鑄坯整個(gè)長(zhǎng)度分成許多小段，根據(jù)鑄坯凝固傳熱數(shù)學(xué)模型每隔一定時(shí)間(20秒)計(jì)算出每一小段的溫度，然后與預(yù)先設(shè)定的鑄坯所要求的最佳溫度相比較，根據(jù)比較結(jié)果給出最合適的冷卻水量。二級(jí)模型是根據(jù)每段的平均拉速來計(jì)算水量基本設(shè)定點(diǎn)，平均拉速計(jì)算公式為：（4）其中avCS(it)—回路i在t時(shí)間的平均拉速；ai—從結(jié)晶器液位處測(cè)得的回路i的起點(diǎn)；bi從結(jié)晶器液位處測(cè)得的回路i的終點(diǎn)；tstr—澆鑄時(shí)間。計(jì)算出平均拉

11、速后，根據(jù)選擇的冷卻水表，可以根據(jù)公式5計(jì)算出水量設(shè)定點(diǎn)。其中：basicValuei—第i個(gè)回路的冷卻水設(shè)定值；SprayTable—冷卻水表3.4切割優(yōu)化連鑄最佳切割的目的是，根據(jù)制造命令中對(duì)鑄坯切割長(zhǎng)度的要求進(jìn)行切割，減少乃至消除大于或低于鑄坯切割長(zhǎng)度的極限值，使鑄坯損失減少至最少，以獲得最大的金屬收得率。切割優(yōu)化分為三步進(jìn)行，首先進(jìn)行長(zhǎng)定尺優(yōu)化切割，如果不成功，則進(jìn)行短定尺優(yōu)化切割，圖3：負(fù)載均衡控制框圖Fig.3Loadsha