專利名稱：一種連鑄二次冷卻自動控制系統(tǒng)及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬連鑄機二次冷卻自動控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術：
目前連鑄設備廣泛的應用于冶金行業(yè)。通常，連鑄エ藝為鋼水經過大包，中包注入到結晶器中，在結晶器中經過一次冷卻后進入二次冷卻區(qū)，在二次冷卻區(qū)經過二次冷卻后形成帶有液芯的鑄坯。連鑄機如何高效穩(wěn)定高質量的工作是人們一直重點關注的問題，二次冷卻強度不合適會影響鑄坯表面質量甚至誘發(fā)漏鋼，因此應用的二次冷卻控制策略是提高鑄坯質量、提聞燒鑄效率的關鍵。。
冶金エ業(yè)的連鑄機生產中二次冷卻控制系統(tǒng)是連鑄機高效穩(wěn)定生產的重要因素之一，目前ニ冷冷卻多為氣霧冷卻方式即通過冷卻水和壓縮空氣的共同作用來對鑄坯進行冷卻。近些年隨著科學技術的快速發(fā)展中，ニ冷區(qū)的配水量的控制引入的擾動因素越來越全面，如鋼水溫度波動、過熱度波動，ニ冷水水溫波動等。目前的ニ冷控制的控制原理控制方法可總結為如下表達式Qi=BiV2+ biV+Cj+Dj A T^Ei A T2其中，Qi表示ニ冷某冷卻段的水量，單位為L/min，a、b、c為ニ冷模型計算獲得的拉速系數；A T1表示過熱度波動值，Di表示過熱度系數洱為ニ冷水溫系數，A T2表示過熱度波動值。將過熱引入控制控制系統(tǒng)的裝置如2011年8月10日授權的授權公告號為CN201922012 U的實用新型專利，該裝置將鋼水過熱度通過連續(xù)測溫引入控制裝置中，根據過熱度改變ニ冷配水量。雖然目前的ニ冷控制考慮的控制因素很多，但是這些控制因素都是針對冷卻水而考慮的，目前還沒有控制裝置將壓縮空氣溫度的變化對二次冷卻產生的影響引入控制系統(tǒng)。在實際生產中，環(huán)境溫度的劇烈變化會導致壓縮空氣溫度的大幅度波動，使得ニ冷冷卻強度與生產實際不匹配，影響鑄坯表面溫度，最終導致鑄坯質量下降甚至誘發(fā)漏鋼。由于壓縮空氣溫度是可以測量的(通過在壓縮空氣管線上安裝溫度傳感器)，溫度測量量作為壓縮空氣工作壓カ的控制因素參與ニ冷控制可以有效的消除環(huán)境溫度的劇烈變化對ニ次冷卻產生的影響，最終達到穩(wěn)定鑄坯表面溫度，穩(wěn)定鑄坯質量，降低漏鋼率的目的。因此開發(fā)基于ニ冷壓縮空氣溫度反饋的冷卻控制系統(tǒng)有著重要的意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種連鑄機二次冷卻控制系統(tǒng)及其控制方法，g在消除環(huán)境溫度劇烈變化導致的壓縮空氣溫度波動對澆鑄安全和鑄坯質量的影響，為連鑄機高產順產提供有力的技術支持。本發(fā)明的目的是由以下方式實現的本發(fā)明提供一種連鑄機的二次冷卻控制系統(tǒng)，包括溫度檢測單元、壓カ檢測單元、調節(jié)單元、可編程邏輯控制単元、上位機単元，其特征是壓カ檢測單元，溫度檢測單元和調節(jié)單元分別與可編程邏輯控制単元通過電纜相連接，上位機単元與可編程邏輯控制単元通過網絡相連接。所述ー種連鑄機的二次冷卻系統(tǒng)的控制方法如下其特征是首先在上位機単元中設定壓縮空氣基準溫度值，溫度調節(jié)系數值和壓縮空氣基準溫度值時的基準壓カ設定值?？删幊踢壿嬁刂茀g元根據采集的ニ冷壓縮空氣的溫度值和上位機單元發(fā)出的壓 縮空氣基準溫度值，溫度調節(jié)系數值和壓縮空氣基準溫度值時的基準壓カ設定值來動態(tài)調整ニ冷壓縮空氣的設定工作壓カ值，可編程邏輯控制單元計算出動態(tài)調整后的設定工作壓カ值后，系統(tǒng)根據采集的ニ冷壓縮空氣的實際壓カ值同動態(tài)調整后的設定工作壓カ值進行比較，當二者的偏差值超過一定范圍時，可編程邏輯控制單元發(fā)出調節(jié)值到調節(jié)單元9中控制氣動調節(jié)閥14動作，氣動調節(jié)閥14將反復動作直到二者偏差值在一定范圍內，該壓カ控制實質上是PID閉環(huán)控制；最終系統(tǒng)通過調整壓縮空氣的工作壓カ來達到消除ニ冷壓縮空氣溫度波動對鑄坯表面溫度的影響。本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明將壓縮空氣溫度波動作為一種可消除的擾動來進行控制，增強了二次冷卻對壓縮空氣溫度波動的響應速度。本發(fā)明能迅速通過改變壓縮空氣工作壓カ來補償壓縮空氣溫度波動對鑄坯表面溫度產生的影響，克服目前控制方法中控制因素考慮不全面的不足之處。


圖1為本發(fā)明的連鑄エ藝圖；圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)工作框圖；圖3為本發(fā)明基于ニ冷壓縮空氣溫度的控制原理圖；1-大包，2-中包，3-結晶器，4- 二次冷卻區(qū)域5-可編程邏輯控制単元，6_上位機単元，7-溫度檢測單元，8-壓カ檢測單元，9-調節(jié)單元，10-溫度傳感器，11-模擬量輸入模±夾，12-壓カ傳感器，13-模擬量輸入模塊，14-氣動調節(jié)閥，15-模擬量輸出模塊。
具體實施例方式實施例1 :如圖1所示本發(fā)明提供一種連鑄機的二次冷卻控制系統(tǒng)，包括溫度檢測單元7、壓カ檢測單元8、調節(jié)單元9、可編程邏輯控制単元5、上位機単元6，其特征是壓カ檢測單元8，溫度檢測單元7和調節(jié)單元9分別與可編程邏輯控制単元通過電纜相連接，上位機単元與可編程邏輯控制単元通過網絡相連接。
在本實施例中可編程邏輯控制單元5由西門子S7-400CPU，西門子S7-400CP模塊組成(圖中未示出)，并且能與上位機単元6進行通信。在本實施例中上位機単元6使用西門子WINCC系統(tǒng)，用于給可編程邏輯控制単元5發(fā)出壓力設定值的命令并顯示系統(tǒng)的故障報警信息和狀態(tài)參數。在本實施例中溫度檢測單元7由西門子SM331模擬量輸入模塊11和PT100溫度傳感器10組成，溫度檢測單元7與可編程邏輯控制単元5相連接，其作用是將PT100溫度傳感器10采集的ニ冷壓縮空氣溫度信號轉換成脈沖信號發(fā)送給可編程邏輯控制単元5。在本實施例中壓カ檢測單元8由西門子SM331模擬量輸入模塊13和壓カ傳感器12組成，壓カ檢測單元8與可編程邏輯控制単元5相連接，其作用是將壓力傳感器采集的ニ冷壓縮空氣壓カ信號轉換成脈沖信號發(fā)送給可編程邏輯控制単元5。
在本實施例中調節(jié)單元9由西門子SM332模擬量輸出模塊15和氣動調節(jié)閥14組成，其作用是將可編程邏輯控制単元5發(fā)出的調節(jié)值轉換成電信號，氣動調節(jié)閥14根據該電信號進行動作。溫度檢測單元7和壓カ檢測單元8采集ニ冷壓縮空氣溫度信號和ニ冷壓縮空氣壓力信號，并將采集到的ニ冷壓縮空氣溫度信號和ニ冷壓縮空氣壓カ信號傳入可編程邏輯控制單元5中，上位機単元6給可編程邏輯控制単元5發(fā)出壓力設定值的命令，并將接收到的故障報警信息和狀態(tài)參數顯示出來?？删幊踢壿嬁刂茀g元5根據采集到的溫度信號和壓カ信號結合上位機単元6發(fā)出的壓カ設定值計算出調節(jié)值并將該調節(jié)值發(fā)送到調節(jié)單元9，調節(jié)單元9根據調節(jié)值控制氣動調節(jié)閥14進行動作。結合控制原理3介紹該控制方法首先在上位機単元中設定壓縮空氣基準溫度值，溫度調節(jié)系數值和壓縮空氣基準溫度值時的基準壓カ設定值?？删幊踢壿嬁刂茀g元根據采集的ニ冷壓縮空氣的溫度值和上位機單元發(fā)出的壓縮空氣基準溫度值，溫度調節(jié)系數值和壓縮空氣基準溫度值時的基準壓カ設定值來動態(tài)調整ニ冷壓縮空氣的設定工作壓カ值，該部分方法可總結為如下數學表達式Psi= ATX k+PsbA T=Ts-Tp其中i=l，2，3，4"*.1表示ニ冷第幾區(qū)，Psi為ニ冷某冷卻段調整后的壓縮空氣設定工作壓カ值，Ts為壓縮空氣基準溫度值，Tp為壓縮空氣當前溫度值，A T為壓縮空氣溫度差值；k為溫度調節(jié)系數，Psb為壓縮空氣基準溫度值時的基準壓カ設定值，可編程邏輯控制單元計算出動態(tài)調整后的設定工作壓カ值后，系統(tǒng)根據采集的ニ冷壓縮空氣的實際壓カ值同動態(tài)調整后的設定工作壓カ值進行比較，當二者的偏差值超過一定范圍時，可編程邏輯控制單元發(fā)出調節(jié)值到調節(jié)單元9中控制氣動調節(jié)閥14動作，氣動調節(jié)閥14將反復動作直到二者偏差值在一定范圍內，該壓カ控制實質上是PID閉環(huán)控制。該部分方法可總結為如下數學表達式F=K (Kp A P+Kj X / A P. dt + Kd XdP/dt) -------1A P= P1- Pp-------2表達式中F表示氣動調節(jié)閥14的開ロ度，該值有可編程邏輯控制単元5計算出并發(fā)送到調節(jié)單元9中，調節(jié)單元9 通過模擬量輸出模塊15根據該值控制氣動調節(jié)閥14動作，Pp為壓縮空氣工作壓カ實測值，壓カ檢測單元8根據壓カ傳感器檢測到該值，并將該值發(fā)送到可編程邏輯控制単元5中，Pi為動態(tài)調整后的設定工作壓カ值，K表不PID的系數、Kp表不比例系數、K1表不積分系數，Kd表不微分系數,上述系數值存放在可編程邏輯控制単元6中最終系統(tǒng)通過調整壓縮空氣的工作壓カ來達到消除ニ冷壓縮空氣溫度波動對鑄坯表面溫度的影響。
權利要求
1.一種連鑄機的二次冷卻控制系統(tǒng)，包括溫度檢測單元、壓力檢測單元、調節(jié)單元、可編程邏輯控制單元、上位機單元，其特征是壓力檢測單元，溫度檢測單元和調節(jié)單元分別與可編程邏輯控制單元通過電纜相連接，上位機單元與可編程邏輯控制單元通過網絡相連接。
2.一種連鑄機的二次冷卻控制系統(tǒng)的控制方法如下 首先在上位機單元中設定壓縮空氣基準溫度值，溫度調節(jié)系數值和壓縮空氣基準溫度值時的基準壓力設定值； 可編程邏輯控制單元根據采集的二冷壓縮空氣的溫度值和上位機單元發(fā)出的壓縮空氣基準溫度值，溫度調節(jié)系數值和壓縮空氣基準溫度值時的基準壓力設定值來動態(tài)調整二冷壓縮空氣的設定工作壓力值； 可編程邏輯控制單元計算出動態(tài)調整后的設定工作壓力值后，系統(tǒng)根據采集的二冷壓縮空氣的實際壓力值同動態(tài)調整后的設定工作壓力值進行比較，當二者的偏差值超過一定范圍時，可編程邏輯控制單元發(fā)出調節(jié)值到調節(jié)單元中控制氣動調節(jié)閥動作，氣動調節(jié)閥將反復動作直到二者偏差值在一定范圍內，該壓力控制實質上是PID閉環(huán)控制； 最終系統(tǒng)通過調整壓縮空氣的工作壓力來達到消除二冷壓縮空氣溫度波動對鑄坯表面溫度的影響。
全文摘要
一種連鑄二次冷卻控制系統(tǒng)及其控制方法，是基于壓縮空氣溫度的二次冷卻控制系統(tǒng)，包括溫度檢測單元、壓力檢測單元、調節(jié)單元、可編程邏輯控制單元、上位機單元，特征是壓力檢測單元，溫度檢測單元和調節(jié)單元分別與可編程邏輯控制單元通過電纜相連接，上位機單元與可編程邏輯控制單元通過網絡相連接。可編程邏輯控制單元動態(tài)調整二冷壓縮空氣的設定工作壓力值，之后控制氣動調節(jié)閥反復動作直到工作壓力達到設定壓力。本發(fā)明將壓縮空氣溫度波動作為一種可消除的擾動來進行控制，增強了二次冷卻對壓縮空氣溫度波動的響應速度，能迅速通過改變壓縮空氣工作壓力來補償壓縮空氣溫度波動對鑄坯表面溫度產生的影響，克服目前控制方法中控制因素考慮不全面的不足。
文檔編號B22D11/22GK103008597SQ20121058946
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權日2012年12月31日
發(fā)明者韓基偉, 李臺龍, 楊文玉 申請人:內蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司