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结晶器液位检测系统的设计与应用.doc

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结晶器液位检测系统的设计与应用摘要:在现代冶金行业中,结晶器液位控制在连铸系统中已经显得越来越重要,它对优质钢种的质量品质、浇铸的安全平稳、操作人员的人力资源的合理优化都有着重要的意义。但由于在结晶器液位控制的过程中存在许多不确定扰动因素,其扰动可能随时不断变化,并且绝大多数的扰动因素都是非线性的,因此无法建立准确的模型,很难使用常规的控制方法,本文介绍的是马钢新区连铸机的结晶器液位自动控制系统。关键词:结晶器液位检测 自动控制系统 结晶器液位控制一、 结晶器液位控制系统在连铸的生产过程中,通常使用塞棒来控制进结晶器的液位,但是塞棒经过钢水的腐蚀和冲刷,头部逐渐变形,因此塞棒位置与钢水流量的特性也在这个过程中产生不断的变化,这种变化通常是非线性的,因此无法用常规 PID 控制的方法来进行有效调节。针对以上情况,SMS- DEMAG 公司运用现代智能控制技术模糊控制和运动控制的思想,通过控制软件控制塞棒开度达到控制液位的目的。图1 塞棒位置与钢水流量的特性关系通过结晶器液位控制系统,在自动开浇和在浇铸时可以保持铸机结晶器内的钢水液面在一个预定的恒定液位值。如果反馈值与设定液面值有偏差,通过调节中包塞棒位置来改变从中包进入结晶器的钢水流量来补偿这个偏差使液位保持平稳。结晶器液位控制系统包括:-Measurement (level gauge) 测量单元(VUHZ 液位计)-Control system 控制系统-Stopper rod actuating system 塞棒执行系统图2 VUHZ液位控制系统示意图1.1 VUHZ 液位计VUHZ 检测单元实际上是电磁式的传感器,它通过测量钢水通过磁场时产生的电流来确定钢液面的高度,测量范围为 0~300mm。该测量系统集成于结晶器的设计中。安装于结晶器内弧侧的顶部。用于结晶器液位控制系统冷却系统采用直接用铸机的一次冷却水闭环冷却,安装简便快捷。工作原理:VUHZ 系统用于检测实际的结晶器液面,由电磁线圈在通电后产生一个静态的电磁场,电磁场分布取决于传感器的安装位置,当不同液面高度的钢水进入磁场时,会在传感器的二次线圈中感应出不同大小的电压,感应电压由经过放大器进行放大,通过计算单元的处理器进行处理。计算单元系将原来的电压信号转变成 4-20mA 的模拟量信号,结晶器液位控制采用闭环控制,系统的逻辑控制功能在运动控制器(motion controller)内完成。图 3 传感器内部基本结构原理该传感器由励磁线圈 S 和检测线圈 L 和检测线圈 R 组成。励磁采用峰值 15V 频率800HZ 的信号。励磁产生的电磁信号可以穿透非金属的保护渣层,但不能穿透铜板,因此在传感器的其使用铜质的外壳并且为了保正线圈的正常使用不被高温损坏,在外壳和线圈之间通有冷却水。在 VUHZ 系统实际工作的过程中,两个检测线圈因为检测到的钢水后产生了电压差,这个电压差与钢液面的高度是成相对应关系的,因此经过计算处理即可得出实际液面。1.2 控制系统结晶器液位控制系统由下面几个部分组成(图 4):图 4 VUHZ 液位控制系统原理图(1)微处理器系统给每个操作模式的选择和操作提供逻辑控制。(2)将液位设定值和实际值进行比较,通过软件控制塞棒动作来控制结晶器的液位。(3)控制系统中的执行元件是伺服阀,它通接收系统中给定的动作信号来控制塞棒的动作,塞棒油缸的位置传感器反应的塞棒是实际开度,系统正是不断的调节塞棒的开度来实现结晶器液位的控制。(4)一个硬连线回路提供塞棒的紧急事故关断,即使在失电时一个液压蓄能器提供动力用于塞棒关闭。(5)当中包在预热烘烤位时,在现场控制箱能够安装和测试塞棒驱动系统。1.3 塞棒执行机构塞棒的机构通过机械-液压系统来定位,通过伺服阀控制一个液压缸来控制塞棒动作,用一个内置的位置传感器检测塞棒的实际位置。在手动模式下,打开液压缸的旁通阀,塞棒可通过手动杠杆进行操作。对于自动模式,位置控制器接收和比较来自实际液位的反馈值和在自动开浇时的设定值,发出控制指令。位置控制器的输出作为伺服阀动作的基准值。图 5 塞棒执行机构1.4塞棒零位PLC 接收塞棒位置的模拟量信号。这个信号来自于塞棒油缸中的位置传感器,它是塞棒闭环控制系统中的一个部分。在开浇前,需对要对塞棒的初始位置进行标定,这个位置就是塞棒的零位。不过对于不同的中包,不同的塞棒执行机构来说,每次的安装位置都不是完全一致的,因此每次更换中包后,需要重新标零。当中包车开离浇铸位或中包车在预热位的时候将标零开关选择到 OFF 位,这时可以复位前一次的标零。二、 系统性能在早期的结晶器液位控制系统中,采用 Co-60 来检测结晶器液面的高度,并且不是用塞棒来控制液位,而是采用调节拉坯的速度来匹配结晶器的液位,这种控制方法精度很低,早已不被使用。
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