炼钢厂连铸机结晶器液位自动控制系统
时间：2022-10-27 05:29:11
[摘 要]本文介绍了杭钢电炉连铸机生产线中包塞棒浇注式液位系统的构成、控制原理及系统调试要点。
中图分类号：TF341.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0139-02
1 前言
目前炼钢厂连铸浇注方法有两种。一种开放式浇注；另外一种塞棒式浇注。两者结晶器液位的控制方法截然不同。前者通过调节拉矫机拉速来完成。后者是拉速基本保持恒定的情r下，通过控制塞棒的开启度来完成。本文着重介绍一下塞棒式浇注液位控制系统。
2 系统构成
该系统由PLC及液位检测系统，塞棒控制器及伺服比例阀，液压缸组成，其系统控制图如图1：
2.1 PLC采用西门子S5系列S5-155uCPU498机型，属于基础自动化级，直接参与生产过程的检测与控制，在本系统中，它承担着采集液位设定值，拉速设定值，实际液位设定值，塞棒位置值等数据，以及通过计算实测值与设定值进行比较，通过分析计算后发出控制信号给塞棒控制器动作，以及逻辑控制。例如，手动/自动转换，液位检测仪校空校满等数字量的采集。
2.2 液位测量仪LB352
2.2.1 结晶器液位控制子系统采用美国伯托公司制造的LB352液位检测仪，该测量仪由co-60放射源，带水冷装置的闪烁探测器LB6639W，液面测量记录仪LB352及中间接线盒等组成。采用非接触式测量原理。闪烁探测器把接收到的CO-60射线的强度变化信号转换成钢水液面高度变化信号并送给塞棒控制器进行控制。伯托LB352测量仪测量的是钢水真实液位，量程为100mm-200mm，精度为小于满量程的2%，长期稳定偏差1%以下，该测量仪安装方式为外装式，带屏蔽的放射源装置紧靠在结晶器水冷夹套外边，屏蔽铅罐在结晶器上盖的下面，能以手动方式开启或者关闭射源，闪烁探测器位于水冷夹套的另一侧。
2.2.2 该测量仪具有以下几方面的性能优点：
（1）液位检测快速，准确，并能给出与液位成正比例关系的控制信号，参与执行机构控制，故液面波动小，有助于保证铸坯表面质量，减少溢钢漏钢事故，并在主控室一级机画面对液位设定值，实际值，拉速及实际位置等变量有跟踪曲线和显示。依据这些曲线可以判断传感器、探头等故障，有利于分析原因（2）仪表放射源衰减，换包开浇零点漂移等造成的误差，具有修正功能。（3）可靠性高，伯托系统非接触式测量钢水位不受温度，灰尘烟雾，液面性质及操作人员除渣过程差异的影响。（4）坚固耐用，由于各组成部分均安装于结晶器上盖下面，所以即使钢水外溢也不会损坏伯托系统。探测器尺寸很小很容易保护。受温度、电磁场及机械方面的影响小。（5）安全性好，伯托系统的辐射很低，放射源的强度一般为40-70MBq，如此低的辐射强度是由于LB352闪烁探测器灵敏度高，操作和维修人员在伯托系统周围工作时，不需佩戴胸章剂量计，也无需采取防护措施。（6）使用维护方便，该仪内部参数一经调试，输入后就能保证系统正常运行，为了避免误操作可以用密码锁定，该系统专用PLC与基础自动化的PLC之间通过点对点通讯，操作工只需要操纵仪表面板上校空校满就能完成，只要在换断面时需完成校空校满工作，平时只需校空（更换结晶器时），每一次合上开关，液位检测仪会做系统自检，一旦有误，仪表屏会显示故障信息。
2.3塞棒控制器EMC-100
该系统内部PLC，PID处理器，编码放大调理板组成，面板上有一个调零电位器Zero，及一个调整增益旋钮Gain，该控制器随时对系统内部及硬件设备进行检测，并在面板上显示报警信号及内容。例如伺服阀及传感器均在检测之列，故障消除后也容易恢复，按所提示箭头操作即可。内部参数由5个主菜单组成，每个菜单均由若干子菜单组成，每流之间参数比较直观方便，一经设定参数将可锁定，安全可靠。它的功能主要是执行从PLC传入信号与反馈信号进行比较后发出指令信号，传给伺服阀动作，同时接收传感器的位置信号，其主接线图如图2：
2.4伺服阀和伺服缸
伺服阀是执行元件，根据塞棒控制器的指令而动作，再由伺服缸作用于塞棒机构从而调整了开口大小，改变钢液流量，保证液位平稳。
3 自控原理框图
如图（1）所示，该系统有两个闭环控制回路，一个塞棒位置控制（副回路），另外一个是结晶器的液位控制（主回路）。前者嵌套在后者内部，形成一个标准的双闭环控制系统。即串行控制系统，其控制原理方框如图（3）
4 调试及参数设定
串行控制系统的调试及参数整定必须按照先副（回路）后主（回路）的原则。即先调整塞棒控制器回路。
4.1副回路调试及参数整定。
调试步骤如下：
（1）在PLC侧，强制塞棒处于“自动”状态。
（2）从PLC强制输出“塞棒位置设定值”某一较小的值（不能大于20%）。
（3）整定塞棒控制器PIDⅡ的参数，使控制器上显示位置值=该设定值。
（4）调节零电位器，使PLC得到塞棒位置反馈值=该设定值。
（5）从PLC强制输出塞棒位置设定值某一较大的值（不能小于80%）。
（6）重复以上步骤。
（7）调节增溢电位器，使PLC得到的塞棒位置反馈值=PLC的设定值。
（8）PLC强制输出几个中间值，观察设定值是否等于反馈值，反复几次，直到两值非常接近为止。
该控制器的PID参数设定，除P、I、D这3个参数外，还有零点参考位等许多参数，这里不再一一叙述。
4.2主回路的调试及其参数的整定。
在调试主回路前，必须确保PLC的各路输入和输出信号正确无误，调试主要根据经验法对PID参数进行适当调整，以实际控制效果最佳为原则，但应当注意，从手动切换到自动必须在实际液位处于一定范围内（液位设定值的±10%）时才能进行。
另外，结晶器断面不同，PID参数也会有所不同。PLC必须在不同断面下对PID参数作自动调整，PID参数整定范围见表1
5 结语
（1）该系统经过多年运行，可靠性及控制效果令人满意，对提高铸坯质量及产量作用明显，产生的经济效益可观。
（2）对炼钢企业的连铸液位控制有推广价值，在电炉连铸改造中仍沿用该系统。
参考文献
[1] 王骥程.祝和云主编，《化工过程控制工程》第二版，化学工业出版社出版.
[2] 参考了内部资料《连铸设备规格、功能说明书》.
