终型异型坯连铸机控制技术研究
吴晓峰 潘恒 龙英
〔莱芜钢铁集团动化部 山东 莱芜 271104〕
摘 ：文终型异型坯连铸机动控制进行研究采先进控制方法实现拉矫机负载均衡动态二冷水铸坯切割优化等功降低系统障率提高控制精度终改善铸坯质量达设计求
关键词：异型坯结晶器液位控制负载均衡动态二冷水切割优化
The Research of Control Technology in NearNetShape Beam Blank Caster
WU Xiaofeng PAN Heng LONG Ying
（Automation Department of LAIGANG Group Shan Dong province Lai Wu city China271104）
Abstract This article is to do research on the automatic control of nearnetshape beam blank caster By using the advanced control method it realizes the load sharing control of withdrawal the dynamic secondary cooling the cutting optimization etc It reduces the fault rate of system and it improves the control precision At the end it improves the quality of casting blank and it achieves the goal of design
Key words beam blank mold level control load sharing dynamic secondary cooling cutting optimization
1 前言
莱钢根开展规划调整产品结构适应市场需求提高公司济效益决定新建异型坯连铸机配套工程轧机生产H型钢提供合格坯料投运异型坯连铸机具高产优质低耗特点年生产异型坯120万吨
异型坯连铸机生产线动化系统采设备级根底动化级程级三控制级设备级现场编码器激光测距传动装置等组成通Profibus总线根底动化级进行信息交换根底动化级西门子PLC组成通太网程级进行通讯实现现场数采集传输接受程级指令通运算逻辑实现现场设备控制程级控制连铸生产程包括数采集〔根底动化级〕模型计算生产控制指令达报表印等功具转炉精炼炉轧机进行通讯功预留工厂理级接口
2 系统网络结构
根工艺求设计系统网络结构图1示
3 控制技术研究
连铸程动化控制包括结晶器液面控制结晶器振动控制拉矫机控制二冷水控制定尺切割等根底动化具方案理报表切割优化动态二冷水质量判定等数学模型程动化面介绍功
31 结晶器液位控制
结晶器钢水液位波动直接影响铸坯质量〔夹渣鼓肚裂纹等〕会导致浇铸程中溢钢漏钢事结晶器钢水液位控制关重
液面控制干扰素：
结晶器振动频率振幅变化检测器影响中包钢水重量变化铸坯拉速水口烧损等
L1效劳器
L1客户端
L1客户端
L2客户端
印机
L2客户端
L2开发机
L2效劳器
公
1~3流
1~3流火切机
1~3流驱动
1~3流振动
交换机
交换机
光纤转换器
光缆终端盒
光纤
太网
RIO
光缆
转炉精炼炉轧机
gon
RIO
RIO
变频器
激光测距仪
编码器
图1：网络结构图
Fig 1：Structure of the network
编码器
变频器
变频器
变频器
提高液位控制精度采模糊常规PID行控制策略控制框图图2示：
PID
拉矫机
测量机构
SP
PV
图2 结晶器液位控制框图
Fig 2：Mold level control
模糊控
制器
结晶器
液
位
钢水正常时采PID算法拉矫机进行控制实现拉速调整异常情况水口堵塞水口烧损等造成液位突然升高PID算法法控制时模糊控制器投入工作
模糊控制器模糊化模糊推理模糊判决三局部组成
液位偏差偏差变化率进行变量模糊化采7语言值：{负负中负零正正中正}建立模糊规隶属度函数选三角形采mamdani型模糊推理模糊算法：
〔1〕
中U*控制量C*（u）—隶属度
算法投运结晶器液位控制±3mm液面升高减少40液位受干扰时间缩短80够实现动开浇动停浇
32 拉矫机负载均衡
负载均衡技术保证拉矫机间转矩衡防止拉矫机长期受力发生障
组驱动辊外表拉矫力计算公式：
〔2〕
中：F—驱动辊外表拉矫力〔N〕
M—驱动实际扭矩〔Nm〕
i齿数
R—辊径〔m〕
驱动辊拉矫力总拉矫力Fref〔Fref Fref 1+ Fref 2+．．．+ Fref n〕
根驱动辊特点辊子系统中设定负载系数驱动辊负载系数总负载系数Kf〔Kf Kf 1+ Kf2+．．．+ Kf n〕
设定拉矫力 〔3〕
负载均衡系统根设定拉矫力实际拉矫力偏差进行调节动调整传输变频器速度保证转矩保持恒定控制框图图3示
图3：负载均衡控制框图
Fig3 Load sharing control
系统投运实际扭矩设定扭矩拟接防止流欠电压等障发生提高电机寿命增加系统稳定性
33 动态二冷水控制
根异型坯特点保证冷效果流设计17冷区流17控制回路铸坯二冷系统设计采三级控制：操作员控制级控制二级模型控制投入二级系统时实现二冷水动态控制控制框图图4示：
二级模型
选
择
开
关
PID
SP
二冷区
流量
测量
PV
ε
图4：二冷水控制框图
Fig4 Control diagram of secondary cooling
级冷曲线
操作员设定
F
二级模型采温度推算控制法铸坯整长度分成许段根铸坯凝固传热数学模型隔定时间（20秒）计算出段温度然预先设定铸坯求正确温度相拟根拟结果出适宜冷水量
二级模型根段均拉速计算水量根设定点均拉速计算公式：〔4〕
中avCS（it）—回路it时间均拉速
ai—结晶器液位处测回路i起点
bi结晶器液位处测回路i终点
tstrand—浇铸时间
计算出均拉速根选择冷水表根公式5计算出水量设定点
中：basic Valuei—第i回路冷水设定值
Spray Table—冷水表
34 切割优化
连铸正确切割目根制造命令中铸坯切割长度求进行切割减少消低铸坯切割长度极限值铸坯损失减少少获金属收率
切割优化分三步进行首先进行长定尺优化切割果成功进行短定尺优化切割进行查表法优化综合拟选取剩余长度优化方法控制流程图5示
4 实施结果
该控制系统2005年8月投入运行直
开始
需优化长度0？
计算定尺数需优化长度
需优化定尺切割
长定尺进行优化
剩余长度≤允许剩余度？
Yes
No
No
Yes
短定尺进行优化
存储剩余长度Lmax
剩余长度0？
No
Yes
取消短定尺优化
查表法优化
存储剩余长度Ltable
计算完毕
Lmax≤Ltable？
长定尺切割
短定尺切割
Yes
查表法切割
No
图5：切割优化控制流程图
Fig5 Control diagram of CLO
拟稳定控制精度较高铸坯合格率达9985型H型钢输送优质原料达设计求
参考文献：
[1] 蒋慎言 连铸炉外精炼动化技术[M]北京冶金工业出版社 2006
[2] 陈家祥连续铸钢手册[M]北京冶金工业出版社 1995
[3] 伍毅王启 异型坯连铸机拉矫阻力计算[J] 安徽工业学学报 2005 22（2） 124126
[4] 郑林赵俊学 终型连铸技术研究现状开展前景[J] 江苏冶金 2006 34（2） 810
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吴晓峰 潘恒 龙英
〔莱芜钢铁集团动化部 山东 莱芜 271104〕
摘 ：文终型异型坯连铸机动控制进行研究采先进控制方法实现拉矫机负载均衡动态二冷水铸坯切割优化等功降低系统障率提高控制精度终改善铸坯质量达设计求
关键词：异型坯结晶器液位控制负载均衡动态二冷水切割优化
The Research of Control Technology in NearNetShape Beam Blank Caster
WU Xiaofeng PAN Heng LONG Ying
（Automation Department of LAIGANG Group Shan Dong province Lai Wu city China271104）
Abstract This article is to do research on the automatic control of nearnetshape beam blank caster By using the advanced control method it realizes the load sharing control of withdrawal the dynamic secondary cooling the cutting optimization etc It reduces the fault rate of system and it improves the control precision At the end it improves the quality of casting blank and it achieves the goal of design
Key words beam blank mold level control load sharing dynamic secondary cooling cutting optimization
1 前言
莱钢根开展规划调整产品结构适应市场需求提高公司济效益决定新建异型坯连铸机配套工程轧机生产H型钢提供合格坯料投运异型坯连铸机具高产优质低耗特点年生产异型坯120万吨
异型坯连铸机生产线动化系统采设备级根底动化级程级三控制级设备级现场编码器激光测距传动装置等组成通Profibus总线根底动化级进行信息交换根底动化级西门子PLC组成通太网程级进行通讯实现现场数采集传输接受程级指令通运算逻辑实现现场设备控制程级控制连铸生产程包括数采集〔根底动化级〕模型计算生产控制指令达报表印等功具转炉精炼炉轧机进行通讯功预留工厂理级接口
2 系统网络结构
根工艺求设计系统网络结构图1示
3 控制技术研究
连铸程动化控制包括结晶器液面控制结晶器振动控制拉矫机控制二冷水控制定尺切割等根底动化具方案理报表切割优化动态二冷水质量判定等数学模型程动化面介绍功
31 结晶器液位控制
结晶器钢水液位波动直接影响铸坯质量〔夹渣鼓肚裂纹等〕会导致浇铸程中溢钢漏钢事结晶器钢水液位控制关重
液面控制干扰素：
结晶器振动频率振幅变化检测器影响中包钢水重量变化铸坯拉速水口烧损等
L1效劳器
L1客户端
L1客户端
L2客户端
印机
L2客户端
L2开发机
L2效劳器
公
1~3流
1~3流火切机
1~3流驱动
1~3流振动
交换机
交换机
光纤转换器
光缆终端盒
光纤
太网
RIO
光缆
转炉精炼炉轧机
gon
RIO
RIO
变频器
激光测距仪
编码器
图1：网络结构图
Fig 1：Structure of the network
编码器
变频器
变频器
变频器
提高液位控制精度采模糊常规PID行控制策略控制框图图2示：
PID
拉矫机
测量机构
SP
PV
图2 结晶器液位控制框图
Fig 2：Mold level control
模糊控
制器
结晶器
液
位
钢水正常时采PID算法拉矫机进行控制实现拉速调整异常情况水口堵塞水口烧损等造成液位突然升高PID算法法控制时模糊控制器投入工作
模糊控制器模糊化模糊推理模糊判决三局部组成
液位偏差偏差变化率进行变量模糊化采7语言值：{负负中负零正正中正}建立模糊规隶属度函数选三角形采mamdani型模糊推理模糊算法：
〔1〕
中U*控制量C*（u）—隶属度
算法投运结晶器液位控制±3mm液面升高减少40液位受干扰时间缩短80够实现动开浇动停浇
32 拉矫机负载均衡
负载均衡技术保证拉矫机间转矩衡防止拉矫机长期受力发生障
组驱动辊外表拉矫力计算公式：
〔2〕
中：F—驱动辊外表拉矫力〔N〕
M—驱动实际扭矩〔Nm〕
i齿数
R—辊径〔m〕
驱动辊拉矫力总拉矫力Fref〔Fref Fref 1+ Fref 2+．．．+ Fref n〕
根驱动辊特点辊子系统中设定负载系数驱动辊负载系数总负载系数Kf〔Kf Kf 1+ Kf2+．．．+ Kf n〕
设定拉矫力 〔3〕
负载均衡系统根设定拉矫力实际拉矫力偏差进行调节动调整传输变频器速度保证转矩保持恒定控制框图图3示
图3：负载均衡控制框图
Fig3 Load sharing control
系统投运实际扭矩设定扭矩拟接防止流欠电压等障发生提高电机寿命增加系统稳定性
33 动态二冷水控制
根异型坯特点保证冷效果流设计17冷区流17控制回路铸坯二冷系统设计采三级控制：操作员控制级控制二级模型控制投入二级系统时实现二冷水动态控制控制框图图4示：
二级模型
选
择
开
关
PID
SP
二冷区
流量
测量
PV
ε
图4：二冷水控制框图
Fig4 Control diagram of secondary cooling
级冷曲线
操作员设定
F
二级模型采温度推算控制法铸坯整长度分成许段根铸坯凝固传热数学模型隔定时间（20秒）计算出段温度然预先设定铸坯求正确温度相拟根拟结果出适宜冷水量
二级模型根段均拉速计算水量根设定点均拉速计算公式：〔4〕
中avCS（it）—回路it时间均拉速
ai—结晶器液位处测回路i起点
bi结晶器液位处测回路i终点
tstrand—浇铸时间
计算出均拉速根选择冷水表根公式5计算出水量设定点
中：basic Valuei—第i回路冷水设定值
Spray Table—冷水表
34 切割优化
连铸正确切割目根制造命令中铸坯切割长度求进行切割减少消低铸坯切割长度极限值铸坯损失减少少获金属收率
切割优化分三步进行首先进行长定尺优化切割果成功进行短定尺优化切割进行查表法优化综合拟选取剩余长度优化方法控制流程图5示
4 实施结果
该控制系统2005年8月投入运行直
开始
需优化长度0？
计算定尺数需优化长度
需优化定尺切割
长定尺进行优化
剩余长度≤允许剩余度？
Yes
No
No
Yes
短定尺进行优化
存储剩余长度Lmax
剩余长度0？
No
Yes
取消短定尺优化
查表法优化
存储剩余长度Ltable
计算完毕
Lmax≤Ltable？
长定尺切割
短定尺切割
Yes
查表法切割
No
图5：切割优化控制流程图
Fig5 Control diagram of CLO
拟稳定控制精度较高铸坯合格率达9985型H型钢输送优质原料达设计求
参考文献：
[1] 蒋慎言 连铸炉外精炼动化技术[M]北京冶金工业出版社 2006
[2] 陈家祥连续铸钢手册[M]北京冶金工业出版社 1995
[3] 伍毅王启 异型坯连铸机拉矫阻力计算[J] 安徽工业学学报 2005 22（2） 124126
[4] 郑林赵俊学 终型连铸技术研究现状开展前景[J] 江苏冶金 2006 34（2） 810
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