33近終型異型坯連鑄機控制技術(shù)研究8-27

1、第四屆發(fā)展中國家連鑄國際會議（CCC’08）1近終型異型坯連鑄機控制技術(shù)研究近終型異型坯連鑄機控制技術(shù)研究吳曉峰潘恒龍英（萊蕪鋼鐵集團有限公司自動化部山東萊蕪271104）摘要：本文對近終型異型坯連鑄機自動控制進行了研究，采用先進的控制方法，實現(xiàn)了拉矯機負(fù)載均衡、動態(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，達到了設(shè)計的要求。關(guān)鍵詞：異型坯；結(jié)晶器液位控制；負(fù)載均衡；動態(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)市場需求，提高公司經(jīng)濟效益，決定新建異型坯連鑄機及其配套項目，為軋機生產(chǎn)H型鋼提供合格的坯料。投運后的異型坯連鑄機具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗

5、的特點，年生產(chǎn)異型坯120萬噸。異型坯連鑄機生產(chǎn)線的自動化系統(tǒng)采用設(shè)備級、基礎(chǔ)自動化級和過程級三個控制級，設(shè)備級主要是由現(xiàn)場編碼器、激光測距、傳動裝置等組成，通過Profibus總線和基礎(chǔ)自動化級進行信息交換；基礎(chǔ)自動化級由西門子的PLC組成，通過以太網(wǎng)與過程級進行通訊，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和傳輸，接受過程級指令，通過運算邏輯實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的控制；過程級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)自動化級）、模型計算、生產(chǎn)控制指令下達、報

6、表打印等功能，它還具有和轉(zhuǎn)爐、精煉爐、軋機進行通訊的功能，并預(yù)留了與工廠管理級的接口。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)研究連鑄過程自動化控制主要包括結(jié)晶器液面控制、結(jié)晶器振動控制、拉矯機控制、二冷水控制、定尺切割等基礎(chǔ)自動化以及具有計劃管理、報表、切割優(yōu)化、動態(tài)二冷水、質(zhì)量判定等數(shù)學(xué)模型的過程自動化。下面介紹幾個主要的功能。3.1結(jié)晶器液位控制由于結(jié)晶器鋼水液位波動不但直接影響鑄坯的質(zhì)量（夾渣、鼓肚和

7、裂紋等），而且會導(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)晶器振動頻率和振幅變化對檢測器的影第四屆發(fā)展中國家連鑄國際會議（CCC’08）3負(fù)載均衡技術(shù)主要保證各個拉矯機之間轉(zhuǎn)矩平衡，防止個別拉矯機由于長期受力過多發(fā)生故障。每組驅(qū)動輥表面的拉矯力計算公式為：（2）iirefiirefRiMF??其中：F—驅(qū)動輥表面拉矯力（N），M—驅(qū)動的實際扭矩（Nm），i齒數(shù)比，R—輥徑（m）所有驅(qū)動輥的拉

8、矯力之和就是總的拉矯力Fref（Fref=Fref1Fref2Frefn）。根據(jù)驅(qū)動輥的特點，為每個輥子都在系統(tǒng)中設(shè)定了負(fù)載系數(shù)，所有驅(qū)動輥的負(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)定拉矯力和實際拉矯力的的偏差進行調(diào)節(jié)，自動調(diào)整傳輸給變頻器的速度保證轉(zhuǎn)矩保持恒定?？刂瓶驁D如圖3所示。系統(tǒng)投運后實際扭矩和設(shè)定扭矩比較接近，防止了過流欠電壓等故障的發(fā)生

9、，提高了電機壽命，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.3動態(tài)二冷水控制根據(jù)異型坯的特點，為了保證冷卻的效果，每流設(shè)計了17個冷卻區(qū)，即每流有17個控制回路，對鑄坯的二冷系統(tǒng)設(shè)計了采用三級控制：操作人員控制、一級控制和二級模型控制，在投入二級系統(tǒng)時，可實現(xiàn)二冷水的動態(tài)控制。控制框圖如圖4所示：二級模型選擇開關(guān)PIDSP二冷區(qū)流量測量PVε圖4：二冷水控制框圖Fig.4Controldiagramofsecondarycooling一級冷卻曲線操作員設(shè)

10、定F二級模型采用溫度推算控制法，將鑄坯整個長度分成許多小段，根據(jù)鑄坯凝固傳熱數(shù)學(xué)模型每隔一定時間(20秒)計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。二級模型是根據(jù)每段的平均拉速來計算水量基本設(shè)定點，平均拉速計算公式為：（4）其中avCS(it)—回路i在t時間的平均拉速；ai—從結(jié)晶器液位處測得的回路i的起點；bi從結(jié)晶器液位處測得的回路i的終點；tstr—澆鑄時間。計算出平均拉

11、速后，根據(jù)選擇的冷卻水表，可以根據(jù)公式5計算出水量設(shè)定點。其中：basicValuei—第i個回路的冷卻水設(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)制造命令中對鑄坯切割長度的要求進行切割，減少乃至消除大于或低于鑄坯切割長度的極限值，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)化分為三步進行，首先進行長定尺優(yōu)化切割，如果不成功，則進行短定尺優(yōu)化切割，圖3：負(fù)載均衡控制框圖Fig.3Loadsha