鋼水液位自動(dòng)控制系統(tǒng)

摘 要：本文介紹了結(jié)晶器液位檢測(cè)設(shè)備的工作原理，闡述了系統(tǒng)的技術(shù)和特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)的硬件與PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)等都做了詳細(xì)的論述。

關(guān)鍵詞：液位接收器;液位擾動(dòng);連鑄結(jié)晶器;PID調(diào)節(jié);

前言

由于質(zhì)量和效益的需要，連鑄結(jié)晶器液位自動(dòng)控制已成為現(xiàn)代化鋼廠的標(biāo)志了。我們興澄公司也已實(shí)現(xiàn)了連鑄液位自動(dòng)控制。通過(guò)實(shí)踐對(duì)結(jié)晶器液位自動(dòng)控制有了一定了解。

1. 結(jié)晶器液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

1.1.放射源

放射性同位素在衰變過(guò)程中放出一種特殊的、帶有一定能量的粒子或射線，這種現(xiàn)象稱為放射性或核輻射。根據(jù)其性質(zhì)的不同，放出的粒子或射線有：α粒子、β粒子、γ射線等。γ射線是一種從原子核內(nèi)發(fā)射出來(lái)的電磁輻射，與α和β射線相比受物質(zhì)吸收較小，在物質(zhì)中的穿透能力比較強(qiáng)，不僅能穿過(guò)數(shù)百米的氣體，而且能穿過(guò)幾十厘米厚的固體物質(zhì)，所以γ射線成為結(jié)晶器液位檢測(cè)設(shè)備中普遍采用的最佳方案。雖然γ射線法對(duì)人體存在有害作用，但在有限劑量?jī)?nèi)和妥善防護(hù)下，可以安全地使用。

2.結(jié)晶器液位檢測(cè)設(shè)備

由于結(jié)晶器是控制液位的設(shè)備，其工作條件很惡劣----高溫，蒸汽，灰塵，震動(dòng)等。而且安裝困難，所以我們選用的是同位素儀表。由于測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，同位素的劑量已越來(lái)越小，銫137放射源已完全能滿足穩(wěn)定.準(zhǔn)確.測(cè)量的要求。且對(duì)人體的危害已很小。

液位檢測(cè)傳感器的中心檢測(cè)元件是光電倍增管，測(cè)量原理是利用γ射線的高穿透能力。安裝在結(jié)晶外的銫137棒源發(fā)出的γ射線，穿過(guò)結(jié)晶器直射到安裝在結(jié)晶器弧外側(cè)的傳感器內(nèi)的閃爍體上，激發(fā)閃爍體發(fā)光。當(dāng)鋼水液位增至最高時(shí)，射線被鋼水全部擋住，射線射到傳感器上的量最少。反之最大，發(fā)光的次數(shù)跟放射量的多少成正比，這樣，通過(guò)光電倍增數(shù)，準(zhǔn)確記錄閃爍體的發(fā)光次數(shù)就得到了液位信號(hào)。每次使用前，標(biāo)定結(jié)晶器為空時(shí)的零液位信號(hào)，反之結(jié)晶器為滿鋼水時(shí)，標(biāo)液位滿量程。由于是采用線性棒源，這樣標(biāo)好之后，就可以按時(shí)間內(nèi)的記數(shù)值的多少來(lái)表示液位的高低，達(dá)到鋼水檢測(cè)的目的。

放射源檢測(cè)設(shè)備分輸入單元、模擬量輸出單元、CPU模塊、開(kāi)關(guān)量輸入單元幾個(gè)重要裝置組成。

輸入單元：輸入單元可將數(shù)字脈沖信號(hào)輸入到智能化探測(cè)器儀表中。輸入單元提供+15-18VDC電源給探測(cè)器，同時(shí)接受探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)于探測(cè)器所處現(xiàn)場(chǎng)的輻射強(qiáng)度。該單元每次掃描可接受的脈沖數(shù)為32767，正常情況下探測(cè)器輸出在此范圍內(nèi)。

模擬量輸出單元：模擬輸出單元用于智能化探測(cè)器系統(tǒng)提供電壓或電流輸出。單元上的跳線可以選擇電壓或電流輸出。單元提供0-10VDC的隔離輸出電壓，或提供4-20mA的隔離輸出電流，此單元也可以提供反轉(zhuǎn)輸出（零位=最大輸出值，滿量程=最小輸出值）。

CPU模塊：CPU模塊是智能化結(jié)晶器液位檢測(cè)系統(tǒng)的計(jì)算模塊。由微處理器，程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及通訊部分組成。結(jié)晶器液位測(cè)量軟件包括菜單軟件包、輸入輸出及檢測(cè)軟件包和液位計(jì)算軟件包組成。

開(kāi)關(guān)量輸入單元：數(shù)字輸入單元用于直接接收數(shù)字信號(hào)輸入，并送到智能化探測(cè)系統(tǒng)。

2執(zhí)行系統(tǒng)

在本控制系統(tǒng)中由液壓閥.，也就是因?yàn)槿粢弯撍苯咏佑|，塞棒頭的節(jié)流處容易被沖刷和粘結(jié)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)控制塞棒從而達(dá)到調(diào)節(jié)鋼水的多少。但使控制特性緩慢不斷的變化，造成系統(tǒng)閥的特性極不穩(wěn)定，給控制增加難度。

中間包的塞棒設(shè)在侵入式水口的上口處，限制鋼水流入水口的量。其塞棒上下移動(dòng)是通過(guò)液壓油缸帶動(dòng)，液壓缸是由電控的液壓伺服閥來(lái)調(diào)節(jié)，控制信號(hào)根據(jù)偏差由PLC計(jì)算得出，從而來(lái)控制液壓伺服閥。

液位擾動(dòng)的產(chǎn)生與克服措施

由于工藝過(guò)程是鋼水從中間包通過(guò)侵入式水口流入結(jié)晶器，而工藝要求結(jié)晶器液位穩(wěn)定地控制在預(yù)定的位置，這一點(diǎn)對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)確保鋼水質(zhì)量非常重要。引起結(jié)晶器液位不穩(wěn)定的因素主要來(lái)源于鋼水流入與鋼胚流出的不等.流出量與拉速成正比，因而由于引錠桿的松動(dòng).拉矯機(jī)的轉(zhuǎn)速而引起拉速的跳動(dòng)，而引起拉出鋼錠的不等，鋼水流入時(shí)由于水口內(nèi)尺寸的變化，異物的堵塞，塞棒的松動(dòng)等而引起變化。從而引起液位測(cè)量的擾動(dòng)。

為了克服以上擾動(dòng)，使用PID調(diào)節(jié)控制模型，動(dòng)態(tài)修正控制器參數(shù)是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。首先將液位偏差分為幾個(gè)部分，再逐一設(shè)定PID控制器的比例，積分時(shí)間，微分時(shí)間這三個(gè)參數(shù)，譬如：

1.當(dāng)偏差在量程的±2%以內(nèi)波動(dòng)時(shí)，使控制作用減弱，控制動(dòng)作變慢，從而使液面穩(wěn)定。這種狀態(tài)表示系統(tǒng)在正常運(yùn)行。

2.當(dāng)液位偏差在量程的±10%時(shí)，加強(qiáng)系統(tǒng)的控制作用，使控制作用加強(qiáng)，這樣能很好地控制結(jié)晶器內(nèi)液面的波動(dòng)。此種情況也是系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.當(dāng)液位偏差在量程±10%以上波動(dòng)時(shí)，PID控制器的參數(shù)就采用最強(qiáng)的一組，使控制動(dòng)作加快，這樣即使再大的波動(dòng)也能夠很快地得到控制。此種情況屬于異常的工作狀態(tài)。

上述幾種控制作用根據(jù)液位偏差的大小而相互轉(zhuǎn)換，使大偏差轉(zhuǎn)為小偏差，再轉(zhuǎn)為系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)。

自動(dòng)澆注是穩(wěn)定生產(chǎn)，提高質(zhì)量必不可少的環(huán)節(jié)，還能有效地節(jié)省人力，減少由于人為操作原因而引起的拉漏和結(jié)死等生產(chǎn)事故。我們公司對(duì)連鑄自動(dòng)澆注很重視，我們?yōu)榱四芴岣咦詣?dòng)澆注的使用率而不斷努力。

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作者簡(jiǎn)介：

鄧飛龍（1987.02——），男，漢族，籍貫：江蘇江陰，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：自動(dòng)化技術(shù)。