楊彬斌

摘 要：隨著科技的持續(xù)發(fā)展，市場對鋼鐵產(chǎn)品的要求越來越高，從原先的普鋼到現(xiàn)在的優(yōu)鋼、特種鋼。而隨著鋼種品級的不斷提高，其所需的技術要求就更苛刻，所以這就使得我們連鑄機需要有更高精度的工裝要求以及提高產(chǎn)品質量的一些設備，結晶器鋼水液面自動控制系統(tǒng)由此誕生。本文介紹了結晶器鋼水液面自動控制系統(tǒng)的工作原理，系統(tǒng)的組成及功能、線性化的改善。

關鍵詞：鋼鐵產(chǎn)品 液面自動控制 線性化

中圖分類號：TF345 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0128-02

我們分廠3#小方坯連鑄機4機4流引入結晶器液面自動控制系統(tǒng)已近15年，升級改造3次，現(xiàn)在是極其重要的質量控制點設備，任何鋼種都要求使用液面自動控制系統(tǒng)進行澆鑄，若某一流系統(tǒng)出現(xiàn)故障而導致液面控制失控，則此流鑄坯全部報廢。

1 系統(tǒng)的工作原理

Cs137是一種同位素物質，其產(chǎn)生的主要射線為γ射線，使用時放射源被安放在結晶器一測，同時放射源按國家防護標準進行了安全防護。通過計算和實測，正常情況下，工人所在操作位置上的輻射均在安全范圍內(nèi)。而鋼水的密度對射線有阻擋作用，鋼水在結晶器內(nèi)的高度不同，對射線阻擋的能力不同，通過鋼水的γ粒子數(shù)量就不同，從而判斷出鋼水的實際位置。接收器發(fā)出的是脈沖信號，經(jīng)過液位檢測儀的運算，將其轉換成標準的電流、電壓信號輸出。

結晶器內(nèi)的鋼水液位通過接收器檢測出后，通過液位檢測儀經(jīng)濾波和D/A轉換將信號轉換成4～20mA/0～10V的標準工業(yè)信號給塞棒控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)將采集的實際液位值與設定值進行比較，將其差值經(jīng)PID 控制專家運算后，輸出控制驅動設備的信號到伺服驅動器，對伺服電動缸進行控制，帶動機構的升降運動，從而改變鋼水流入結晶器的流量，保持鋼水在結晶器內(nèi)的液位穩(wěn)定。操作人員可通過操作盤進行手/自動模式的切換，也可經(jīng)過上位監(jiān)控系統(tǒng)改變各種控制參數(shù)，對澆鑄過程中的鋼水液位進行全程控制，并對各種相關數(shù)值、工作狀態(tài)和報警信號進行顯示。PLC系統(tǒng)與上位機通過MPI通訊接口，接收來自上位機的相關信號，對結晶器液位控制系統(tǒng)進行調(diào)控；另一方面將系統(tǒng)工作狀況及時反饋給上位機，在事故狀態(tài)下發(fā)出緊急控制信號。當液位高度超出或低于允許控制范圍時，系統(tǒng)給出報警信號并且及時關閉塞棒，以避免溢鋼或漏鋼事故發(fā)生。

2 系統(tǒng)的組成及功能

2.1 SC3000液位檢測儀表組

SC3000儀表有三部分：放射源（Cs137）、探測器（一次儀表）、二次儀表。放射源與一次儀表分別放置在結晶器銅管兩側，一次儀表通過接受放射源射線的強度來反應結晶器內(nèi)鋼水液面的高度，再傳輸至二次儀表，經(jīng)過二次儀表的過濾和轉換后，輸出0～10V或者4～20mA的信號給PLC系統(tǒng)。

2.2 自動化控制系統(tǒng)

整個自動控制系統(tǒng)有Siemens提供的PLC、WinCC HMI等組成。PLC系統(tǒng)由電源PS 307 5A（1只）、CPU 315-2DP（1只）、DI32XDC24V模塊（2只）、DO32XDC24V模塊（2只）、AI8X16bit（2只）、AO8X12bit（2只）構成。WinCC HMI控制畫面可以對實時設定值、PID控制參數(shù)等的調(diào)整，塞棒位置反饋信號、是否沖棒、電動數(shù)字缸運行溫度及控制曲線實時歷史趨勢的顯示及查詢。開澆后P3操作工通過操作現(xiàn)場塞棒的開度，當實際液位值到達投入自動設定的液位值時，“自動”按鈕燈閃，表示此時可以切換到自動方式。然后按下“自動”按鈕，自動控制啟動。

2.3 現(xiàn)場控制設備的組成

現(xiàn)場控制設備由塞棒、塞棒執(zhí)行機構、電動數(shù)字缸等組成。在恒拉速的情況下，PLC系統(tǒng)接受到二次儀表給出的實際液位信號后，根據(jù)設定液位進行比較、計算后得出一個動作量，在把這個動作量通過功率放大器傳輸給數(shù)字電動缸，控制機構上塞棒的開啟度，從而達到調(diào)節(jié)中間包鋼水進入結晶器內(nèi)的恒流量，達到鋼水的穩(wěn)定，實現(xiàn)結晶器鋼水液面恒穩(wěn)定控制。其基本原理圖如圖1所示。

3 檢測系統(tǒng)的線性化改造

首先在使用結晶器液面自動控制時，必須在結晶器內(nèi)安裝好放射源及一次儀表（探測器），然后進行原始技術值的標定。（下面以我分廠3#小方坯連鑄機的液面自動控制為例。）

原始計數(shù)值：原始計數(shù)值來源于探測器的輸入模塊，它顯示出探測器所接受到的輻射量。注意，這里的原始計數(shù)與結晶器液位高度成反比。當鋼水液位升高，放射源的輻射被削弱，檢測到的計數(shù)值將會下降，當鋼水液位下降時，放射源的輻射增強，計數(shù)值將會上升。此模塊是設立系統(tǒng)的一個參照點，當結晶器內(nèi)為空以及滿狀態(tài)時，探測器所接受到的原始記數(shù)值。受到放射源的長短及放射源與探測器的安裝位置的影響，3#機放射源長度為130mm，探測器安裝位置距離結晶器銅管口60mm，所以探測器所能接受到的實際范圍為190-60=130mm。將這130mm平均分成10個等分，包括上下限在內(nèi)，分別對應滿量程的0%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%進行標定檢測，這樣就能將檢測范圍線性化。

但是在實際地生產(chǎn)過程中，探測到結晶器內(nèi)鋼水的位置與設定好的數(shù)值有很大的誤差，沒有正好符合上表所示，這就使得系統(tǒng)的精確度大大降低，液面始終在±4mm～±5mm的范圍波動，很多高要求的鋼種都無法生產(chǎn)，大大制約了3#機的生產(chǎn)能力。

可以看出實際測得的位置與原始的等分值相差很大，根本沒有達到預期的線性關系要求，所以為了系統(tǒng)能夠更好地運行，實際值與顯示值之間的誤差更小，將所檢測到的液位讀數(shù)值稍作修改（進行微調(diào)或者在生產(chǎn)過程中根據(jù)實際情況來進行微調(diào)），讓其曲線更好地接近線性關系。

修改之后立竿見影，穩(wěn)定性大大提高，能夠控制液面波動范圍在±3mm以內(nèi)，甚至能夠達到±1mm-±2mm，線性化工作原則上對于同一只結晶器（銅管未發(fā)生變化）只需一次即可，無需每次使用自動控制都做，且在進行高、低位校驗和線性化工作前，務必保證結晶器通水。

4 結語

該系統(tǒng)在通過線性化的改善以來，經(jīng)過現(xiàn)場的跟蹤調(diào)試，運行效果良好，鋼水液面自動控制基本在±3mm以內(nèi)，實現(xiàn)了預定目標，極大的提高鑄坯表面及亞表面的質量，而且是生產(chǎn)品種鋼、特殊鋼的重要保證。

參考文獻

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