板坯连铸机钢水液面自动控制系统应用分析

2008年第1期新疆钢铁总105期板坯连铸机钢水液面自动控制系统应用分析王志强吴华李刚(宝钢集团八钢公司能源中心)摘要：介绍了钢水液面自动控制系统在板坯连铸机的应用，对系统的组成、工作原理、日常维护进行了分析，同时提出了相应故障的处理措施。

关键词：设备组成；控制原理；系统调校；液位波动中图分类号：TF345文献标识码：B文章编号：】672一d224(2008)O l—0043～041前言结晶器钢水液面测量为钢水液面高度控制提供了依据。

也是连铸的关键技术之一。

结晶器钢水液位控制系统是一个时变的、非线性的、多干扰的复杂系统。

结晶器钢水液面高度检测装置主要有：同位素式(放射源)、电磁式、电涡流式、热电偶式、超声波式、红外辐射式、电极跟踪式、浮子式等，八钢板坯连铸钢水液位测量使用的是电涡流方式。

2液位控制系统的设备组成结晶器液位控制系统主要由涡流传感器、信号处理器、数字电缸、伺服放大器、控制面板、PL c及上位系统组成。

传感器安装在结晶器上方。

数字电缸装在中包车的执行机构上，控制箱放在浇注现场，仪表电气部分放在主控室内。

整个系统对板坯连铸机结晶器液位实现良好的控制，控制精度可达士3m m。

可实现自动浇铸、漏钢自动关闭塞棒、防止溢钢或漏钢等功能。

有力保证用户的钢坯质量。

2．1涡流传感器采用日本涡流传感器技术。

该技术是目前世界上使用最多、技术最全面、精度最高的检测技术。

涡流传感器由三个线圈还有一个涡流传感器温度检测元件构成。

中间的为发射线圈，上下各为接收线圈。

2．2信号处理单元(微处理器)可对微小的幅度差异进行放大处理，提高检测精度。

参数输入简单灵活，现场可进行快速标定，保证在标定范围内的高度线性输出，是检测进度更高，响应更快。

2．3塞棒机构塞棒机构是一套塞棒的定位、导向机械装置，带有压杆机构，用来实现非电动情况下的手动操作，并通过支座与液面自动控制执行电缸相连。

正常情况下，控制执行机构(数字电动缸)接收PL c指令，对开浇和浇铸的全过程进行控制：特殊情况下，系统可以快速切换到人工状态。

由人工控制塞棒的开度。

机械连接部分有两副带有槽形的金属支坐，分别焊牢于现有塞棒升降机构的运动部分和静止部分上。

数字缸上的两个耳轴与槽形支坐相配合。

通过锁紧机构形成一个整体。

2．4数字电动缸数字电动缸采用免维护型设计，采用德国步进耐高温电机(在150C下长期稳定工作)，使得其在超过2亿次往复运动时，无需对机械系统添加任何润滑剂；数字电动缸接收数字信号规则。

避免了模拟信号传输中造成的干扰，且在长期使用中不需要调整或修改参数。

电缸最小移动量为O．01m m；输出推力达到200～500kg(可以根据电流进行调节)。

电信号由快速插头与控制系统连接。

电缸电机采用高温恒流设计超过150C可长期正常运行(根据实际测试。

重庆夏天电缸附近温度的最高可达到l oo～120C)。

数字电缸有二对耳轴，分别与塞棒和支座相连。

电缸的环境温度至关重要，连铸上的电缸周围环境温度比较高，如果不能够耐温．就会造成电缸力矩减小或失控。

根据统计，夏季在连续拉20炉的情况下，中包表面温度会达到220～240C，经过测算，此时电缸位置的温度和电缸内部的发热累加起来会达到l00～130C，所以电缸要求有比较好的耐温性能。

有时需要加防热辐射外罩或通冷却空气以耐高温。

联系人；王志强．男．28岁。

本科．自动化控制仪表工程师．乌鲁木齐(830022)宝钢集团八钢公司能源中心计控分厂432．5控制柜及现场操作盘现场操作盘可与中包操作箱合并。

通过操作箱可完成液位的监控、手自动切换、液位校验等功能。

控制柜含有PL c、放大器．微处理器等中央处理系统。

系统采用多种防干扰隔离保护，如隔离变压器，光电藕合器等，并且系统采用专用电缆可靠的接地屏蔽，具有很高抗干扰能力。

2．6塞棒位置调整工具特殊设计的专用工具。

保证塞棒安装位置处于最佳的行程，并保证电动数字缸能够方便地装卸。

2．7手持操作器操作器上设有人工／电动、手动／自动、上升／下降、液位调整按钮和状态指示灯，其电动——手动档还可分为连动和点动操作；另外为避免对结晶器和水口局部腐蚀，延长连浇时间，现场操作人员可用手动调节按钮改变设定值。

使得普通工人操作液面控制系统变得十分容易，工人通过手操器便选择各种操作方式，也可快速应急各种紧急事故。

2．8电缸连接电缆采用耐高温专用密封屏蔽电缆，与进口德国插头、插座铠装密封，克服了现场恶劣环境及干扰因素。

2．9仪表及自动化自动控制系统功能：完成过程信号的采集与处理、工艺控制、设备的逻辑联锁控制，对重要参数设计报警、警示、跳闸、保护等控制功能。

所有过程检测参数均进入控制系统进行数据处理。

实现对生产工艺过程的自动控制。

重要参数设计就地显示或操作室仪表显示。

控制方式：设计电气手动、半自动、自动。

其中电气手动应独立于PLc系统。

自动控制系统由R sLogi x500PL c构成。

PLc有机架17d6～P3。

处理器1746一L55】，数字输入模块l746一I B32。

数字输出模块1746一oB一32，模拟量输入模块1746一N14l，模拟量输出模块1746一N041组成，与连铸H M l、PL c采用工业以太网通讯。

3控制系统原理要求及性能指标3．1涡流型检测的工作原理及作用液位计的检测探头是电涡流位移传感器，利用通电线圈与金属体之间的涡流互感效应进行距离检测。

工作原理如图l所示。

传感器采用高频信号发生源放于两个互为差动的检测源中间，信号发生源高频交变电流产生的磁场穿过两个检测线圈，两个检测线圈产生相位，互为相反但幅度相同的两个感应电压．经差动放大后，信号输出为零。

当钢水靠近其中的一个检测线圈时，由于电磁场在钢水表面产生电涡流而无法形成闭合回路，因此在靠近钢水表面的线圈产生的磁通量大于远离钢水表面的检测线圈产生的磁通量。

此时两个线圈产生的感应电压幅度产生了差异．这个微小的差异被高倍放大。

此信号经过整流、线性处理后，可精确反映出钢水液面与线圈之间的微小的位移变化。

转换为4～20m A的标准信号传送至PL c。

其D I、D o模块可与其它仪表或P Lc交换相关的信息。

测量连铸结晶器钢水的液面高度测量，与塞棒PL c系统匹配。

用以控制中包滑板或塞棒的开度，实现全自动浇铸，提高板坯质量和劳动生产率。

图l涡流型检测工作原理传感器到放大器的连接电缆不超过20m、为提供的专用电缆。

气源管为耐高温防烧管，保障冷却气源流量≥40L／m i n。

3．2检测特点3．2．1电涡流检测系统技术规格结晶器液位检测范围0～150m m ；正常工作液匝兰鲨占一甲t l t'圃一匡五圃-圈或漏钢事故发生。

当传感器在使用中损坏或检测信号不能正常传送时，系统默认设定值。

维持正常浇铸．系统发出报警；当系统因外部原因突然掉电时，连锁全部断开，自动置于手动操作状态。

塞棒控制原理见图2。

4液位控制系统调校过程及使用注意事项4．1液位控制系统调校过程第一步：确认微处理器的输出电压值。

调整前仪表需要通电预热2小时以上。

首先将传感器远离金属物品200m m，并按输出补正通讯板上的复位按钮．放大器输出电压值在(4．920士l O％)V，若超出此范围，调整电位器V R。

；其次将传感器从离金属物品150m m缓慢移动至紧贴金属板，输出电压值应从大到小递减变化，如不是递减变化则需重新标定并作线性化处理；再将传感器紧贴金属板，看输出显示板数显调整量程旋钮使之在o．3V左右。

第二步：确定微处理器的输出液位信号。

传感器应远离金属物品200m m以上．然后把万用表串入输出至PL c的液位信号(46和47号端子)，电流显示值应为4m A，如不是则调整温度控制及输出调整板的L4～20m A零点旋钮，将输出调至4m A。

再将传感器紧贴金属板。

电流值应显示20m A，则应调整温度控制及输出调整板的L4～20m A量程旋钮。

第三步：对输出至PLc的液位信号进行线性化处理。

将液面探头放置在平稳物体上，高度仪在O～150m m均匀选取15个点(每10m m一个点)。

同时在中控室内读取这15个点的值。

然后将15个值填入液面应用程序的线性化格内。

金属板由0～15m m接近传感器时，放大器输出应满足如表l所示。

表l测量距离与放大器输出的关系4．2使用过程中应注意的事项(1)传感器工作温度≤70C。

传感器冷却气源压力不小于O．2M Pa。

由于新疆温差大。

建议投入运行5分钟后再投入自动控制。

若仪表电源被切断或停电后再送电运行时，必须通电预热2小时，方可进行调校并使用。

前置放大板恒温槽控制板，温度控制在(46±2)C。

防止放大板产生温漂现象。

(2)在调整o～5V电压值和4～20m A输出电流值时。

注意调整旋钮幅度要小，向左或向右调整时。

452008年第1期新疆钢铁总105期注意观察O～5V电压值和d～20m A输出电流值的变化。

避免出现拐点。

如出现拐点。

则将传感器放置在离模拟钢水的铁板75m m处。

调整前置放大板的L量程、L平衡两个旋钮使显示板数显表示值在乱3V左右稳定，再将传感器从远离金属物品200m m以上至紧贴金属板。

看看输出显示板数显表示值应从大到小变化，中间无拐点。

(3)液位计热态工作时，禁止将金属物靠近传感器．以免造成干扰，并保持传感器电缆顺畅不扭劲，禁止碰动电缆。

在微处理器附近严禁使用对讲机等会产生强烈干扰的用具。

(4)更换电缆或传感器，应重新对平衡点进行调整并作线性化处理。

5液位波动原因分析及历史数据故障处理5．1液位控制系统波动盼原因(1)从传感器来分析，传感器是一个灵敏元件，它对外界的干扰很灵敏，如果干扰信号进入测量回路。

就会造成信号的自身波动，这就要求在使用时要作好抗干扰措施。

从传感器到微处理器的连线是否可靠，不能产生接触电阻。

传感器和专用电缆及微处理器周围不能有产生强磁场和强电场的设备。

在标定时，注意调整后的值相对一定液位保持相对稳定、不漂移，且无拐点，否则会产生信号的自身波动。

(2)由于使用的是步进电机。

步进电机的动作要靠液位设定值和实际值的偏差来调整。

当结晶器液位上升时，步进电机带动塞棒向下动作，使钢水流量变小。

液位回到正常状态；当结晶器液位下降时，则相反动作。

但相对不同的结晶器断面，在同样的塞棒开度下，液位的变化速度就会不同。

断面小则液面相对变化速度大，断面大则液面相对变化速度小。

这样在液位自动控制过程中，也会有不同的效果。

一般来说，断面大液位波动小。

断面小时液位波动相对就大。

(3)步进电机的安装状况也是重要影响因素之一。

如果步进电机安装不规范，比如安装时步进电机46不垂直，这样就会造成当步进电机动作时的步进不能与塞棒的动作同步。

另外。

当安装不规范，造成步进电机与塞棒机构连接吃力，或与塞棒机构连接有间隙时，步进电机动作时。