張國(guó)菊
（山西云時(shí)代太鋼信息自動(dòng)化技術(shù)有限公司， 山西 太原 030003）
摘 要：設(shè)計(jì)了一種有效連鑄中間包平衡系統(tǒng)，即通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造并增加先進(jìn)的平衡檢測(cè)傳感器和PLC 設(shè)備，開(kāi)發(fā)與之相應(yīng)的軟件，從而動(dòng)態(tài)的矯正中包的傾斜，有效解決了現(xiàn)場(chǎng)所遇問(wèn)題，間接提高了拉坯速度和鑄坯質(zhì)量，同時(shí)該系統(tǒng)可減少由于中間包不平衡對(duì)液壓缸的損耗，提高了液壓缸的使用壽命。
關(guān)鍵詞：中包平衡；平衡傳感器
液壓控制 傾斜角度連鑄是鋼鐵冶金生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，中間包又是連鑄生產(chǎn)的關(guān)鍵，在整個(gè)澆鑄過(guò)程中，中間包必須保持在一個(gè)固定的水平位置，而現(xiàn)在大多煉鋼廠中包車(chē)中間包由于液壓及偏載的原因在使用過(guò)程中普遍存在無(wú)法保持平衡的問(wèn)題。本文圍繞著連鑄生產(chǎn)過(guò)程中間包平衡設(shè)計(jì)了一種有效的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加先進(jìn)的平衡檢測(cè)傳感器和 PLC 設(shè)備，并開(kāi)發(fā)與之相應(yīng)的軟件，動(dòng)態(tài)的矯正中間包的傾斜，以實(shí)現(xiàn)鋼水由中間包進(jìn)入結(jié)晶器的過(guò)程中由于中間包不平衡造成的相關(guān)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)中包的控制，提高拉坯的穩(wěn)定控制和鑄坯質(zhì)量，同時(shí)該系統(tǒng)可減少由于中間包不平衡對(duì)液壓缸的損耗，從而提高液壓缸的使用壽命。
1 改造前設(shè)備狀況
大多數(shù)鋼廠連鑄生產(chǎn)過(guò)程，中間包水口都不能保持一個(gè)固定的水平位置，存在水口偏流的現(xiàn)象，從而引起液壓缸受力不均磨損嚴(yán)重，甚至?xí)斐陕╀撏．a(chǎn)等事故；同時(shí)在對(duì)水口插入深度的控制中，需多次較準(zhǔn)，不僅浪費(fèi)人力，而且影響生產(chǎn)節(jié)奏。
現(xiàn)在生產(chǎn)過(guò)程中遇到中包車(chē)無(wú)法保持平衡的情況下，一般現(xiàn)場(chǎng)采取支墊方式，在不同高度需要加減不同墊塊，并且在上升和下降過(guò)程中不能調(diào)整水平。 不能完全解決存在的問(wèn)題，而且存在安全隱患。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
該系統(tǒng)涉及對(duì)控制部分和液壓部分的改造，通過(guò)在中包車(chē)梁上安裝的先進(jìn)角度傳感器檢測(cè)中間包的傾斜角度，通過(guò)角度與水平標(biāo)定對(duì)比計(jì)算液壓缸動(dòng)作，使中間包始終處于動(dòng)態(tài)平衡中；在液壓缸供油回路增加旁路，新增節(jié)流閥、逆止閥、電磁閥共同構(gòu)成液壓缸輔助給油回路，并增加調(diào)速閥組，解決相鄰兩臺(tái)中間罐車(chē)的頂升缸同步精度差的問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)配置如圖 1 所示。
2.1 控制部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在中包車(chē)梁上安裝平衡傳感器。其工作原理為：在傳感器內(nèi)封裝著電解液，電解液隨著現(xiàn)場(chǎng)安裝位置的角度變化而流動(dòng)，流動(dòng)到下部電極上，造成電極間電導(dǎo)率變化。從而通過(guò)電導(dǎo)率的變化、輸出不同的電流信號(hào)，反算出安裝位置的水平方向的偏移情況。
本系統(tǒng)中采用先進(jìn)的角度傳感器 NS-5/PI，檢測(cè)數(shù)據(jù)精確，檢測(cè)精度可達(dá) 0.01°，檢測(cè)范圍可達(dá)依5°，能有效的檢測(cè)中間包傾斜狀態(tài)。傳感器安裝在中包側(cè)面，與水平垂直，輸出 4~20 mA 信號(hào)直接由 PLC 控制器模擬量接入端，信號(hào)輸入 PLC 后經(jīng)運(yùn)算得到中間包具體傾斜角度。
系統(tǒng)采用了穩(wěn)定可靠且具有較高響應(yīng)運(yùn)算速度的 S7-300PLC 進(jìn)行信號(hào)處理和邏輯控制。PLC 通過(guò)檢測(cè)并采集平衡傳感器數(shù)值，采用 PID 對(duì)電磁閥進(jìn)行脈沖控制，把平衡傳感器偏移角度作為被調(diào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，為了適應(yīng)控制對(duì)象的特性，獲得理想的控制效果，控制方式采用自整定控制。運(yùn)用自整定的方法，相較于手動(dòng)參數(shù)設(shè)定，在過(guò)程動(dòng)態(tài)特性時(shí)變的變量控制方面，控制器參數(shù)的整定可以自動(dòng)整定完成，并具有自動(dòng)校正能力，以補(bǔ)償過(guò)程時(shí)變，故而在整定速度和精度上，都有較大的提高。在自整定時(shí)，為了保證設(shè)備工作在穩(wěn)定范圍內(nèi)，需要根據(jù)實(shí)際變量時(shí)變范圍，限制輸出范圍在死區(qū)之內(nèi)，并且在自整定過(guò)程中，拐點(diǎn)的確認(rèn)是關(guān)鍵，要確保變量階躍分辨率合適，不然分辨率較小，會(huì)使變化過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)，較大的話，可能引起超調(diào)，影響控制效果（見(jiàn)圖 2）。
此外，由于液壓控制頻度較高，幅度很小，在控制過(guò)程中，對(duì)外部干擾很敏感，尤其是平衡調(diào)節(jié)時(shí)，電磁攪拌也在工作運(yùn)行當(dāng)中，電磁干擾較強(qiáng)，影響到平衡調(diào)節(jié)的控制效果；經(jīng)過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，編制適用的濾波算法，消除電磁攪拌干擾、共模干擾等外部干擾源引起的信號(hào)突變，有效提高控制的穩(wěn)定性（見(jiàn)圖 3）。
2.2 液壓部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)
中間包角度傾斜主要由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)角度與液壓缸動(dòng)作連鎖是控制的關(guān)鍵。在液壓缸供油回路增加旁路，新增節(jié)流閥、逆止閥、電磁閥共同構(gòu)成液壓缸輔助給油回路，這樣在快速動(dòng)作過(guò)程中可以加快運(yùn)行速度；在檢測(cè)到中間包偏移時(shí)，控制節(jié)流閥和電磁閥，使液壓鋼角度得到微調(diào)，實(shí)現(xiàn)保持在一個(gè)固定的水平位置的目的。
在原來(lái)的液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加調(diào)速閥組HI425-00，如圖 4 所示。在兩缸僅從主油路進(jìn)油時(shí)，若左缸頂升偏慢則電磁閥 D1 得電，液壓油經(jīng)電磁閥 D1、調(diào)速閥 J1 和單向閥 V1 進(jìn)入左缸增快左缸頂升速度，至與右缸同步時(shí)電磁閥 D1 斷電，所增加的速度快慢可通過(guò)調(diào)速閥 J1 來(lái)調(diào)節(jié)。反之若右缸頂升偏慢則電磁閥 D2 得電，液壓油經(jīng)電磁閥 D2、調(diào)速閥J2和單向閥 V2 進(jìn)入右缸增快右缸頂升速度，至與左缸同步時(shí)電磁閥 D2 斷電，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)速閥 J2 來(lái)調(diào)節(jié)增加的速度。另外兩路供第二臺(tái)中間罐車(chē)調(diào)整油缸頂升速度用。
3 實(shí)施效果
本系統(tǒng)應(yīng)用于連鑄生產(chǎn)過(guò)程中間包平衡控制中，取得了良好的效果。系統(tǒng)投運(yùn)后，達(dá)到了動(dòng)態(tài)矯正中包傾斜問(wèn)題的目的，并且操作簡(jiǎn)單，方便維護(hù)。本方法檢測(cè)精度小于 0.02°，控制精度小于 0.15°，響應(yīng)時(shí)間小于 100 ms，動(dòng)態(tài)控制時(shí)間，小于 2 s，有效地解決了所遇問(wèn)題，提高拉坯速度及鑄坯質(zhì)量；同時(shí)該方法可減小由于中間包不平衡對(duì)液壓缸的損耗，提高液壓缸的使用壽命。
4 結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)煉鋼廠連鑄生產(chǎn)工藝澆鑄過(guò)程中中間包不能一直保持在水平位置的實(shí)際問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套有效的連鑄中間包平衡系統(tǒng)，本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加先進(jìn)的平衡檢測(cè)傳感器和 PLC設(shè)備，并開(kāi)發(fā)與之相適應(yīng)的軟件，動(dòng)態(tài)矯正中包的傾不良率由原來(lái)的 0.05%下降到 0.003%，達(dá)到了客戶的期望值，重新獲得了市場(chǎng)認(rèn)可。根據(jù)攻關(guān)可以得出：
1）盤(pán)條氧化鐵皮去除不凈是焊絲鍍銅不良的直接原因。而造成氧化鐵皮難以去除的原因比較復(fù)雜，涉及到盤(pán)條生產(chǎn)工藝、表面缺陷、水質(zhì)等各個(gè)方面。
2）加熱爐均熱段溫度在 1 150 ℃以下時(shí)，可有效控制難去除的 Fe2SiO4 的生成。
3）除鱗水壓力由 8 MPa 提高至 15 MPa 以上，鑄坯表面氧化鐵皮可有效去除，并改善盤(pán)條表面鋸齒狀缺陷。
4）采用合理的吐絲溫度、輥道速度以及冷卻速度等措施，可以有效控制盤(pán)條氧化層厚度和成分，生成適用于機(jī)械剝殼工藝的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)。
5）盤(pán)條表面銹蝕、不圓度大以及表面形狀不規(guī)則等也可在一定程度上影響盤(pán)條氧化鐵皮的去除效果，可通過(guò)控制水質(zhì)、存放環(huán)境和換輥頻率進(jìn)行改善。
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