鋼水液位自動控制系統(tǒng)

摘 要：本文介紹了結晶器液位檢測設備的工作原理，闡述了系統(tǒng)的技術和特點，同時對控制系統(tǒng)的硬件與PID調節(jié)系統(tǒng)等都做了詳細的論述。

關鍵詞：液位接收器;液位擾動;連鑄結晶器;PID調節(jié);

前言

由于質量和效益的需要，連鑄結晶器液位自動控制已成為現代化鋼廠的標志了。我們興澄公司也已實現了連鑄液位自動控制。通過實踐對結晶器液位自動控制有了一定了解。

1. 結晶器液位自動控制系統(tǒng)的組成

1.1.放射源

放射性同位素在衰變過程中放出一種特殊的、帶有一定能量的粒子或射線，這種現象稱為放射性或核輻射。根據其性質的不同，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發(fā)射出來的電磁輻射，與α和β射線相比受物質吸收較小，在物質中的穿透能力比較強，不僅能穿過數百米的氣體，而且能穿過幾十厘米厚的固體物質，所以γ射線成為結晶器液位檢測設備中普遍采用的最佳方案。雖然γ射線法對人體存在有害作用，但在有限劑量內和妥善防護下，可以安全地使用。

2.結晶器液位檢測設備

由于結晶器是控制液位的設備，其工作條件很惡劣----高溫，蒸汽，灰塵，震動等。而且安裝困難，所以我們選用的是同位素儀表。由于測量技術的進步，同位素的劑量已越來越小，銫137放射源已完全能滿足穩(wěn)定.準確.測量的要求。且對人體的危害已很小。

液位檢測傳感器的中心檢測元件是光電倍增管，測量原理是利用γ射線的高穿透能力。安裝在結晶外的銫137棒源發(fā)出的γ射線，穿過結晶器直射到安裝在結晶器弧外側的傳感器內的閃爍體上，激發(fā)閃爍體發(fā)光。當鋼水液位增至最高時，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)光的次數跟放射量的多少成正比，這樣，通過光電倍增數，準確記錄閃爍體的發(fā)光次數就得到了液位信號。每次使用前，標定結晶器為空時的零液位信號，反之結晶器為滿鋼水時，標液位滿量程。由于是采用線性棒源，這樣標好之后，就可以按時間內的記數值的多少來表示液位的高低，達到鋼水檢測的目的。

放射源檢測設備分輸入單元、模擬量輸出單元、CPU模塊、開關量輸入單元幾個重要裝置組成。

輸入單元：輸入單元可將數字脈沖信號輸入到智能化探測器儀表中。輸入單元提供+15-18VDC電源給探測器，同時接受探測器輸出的脈沖信號，脈沖信號對應于探測器所處現場的輻射強度。該單元每次掃描可接受的脈沖數為32767，正常情況下探測器輸出在此范圍內。

模擬量輸出單元：模擬輸出單元用于智能化探測器系統(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模塊是智能化結晶器液位檢測系統(tǒng)的計算模塊。由微處理器，程序，數據存儲器及通訊部分組成。結晶器液位測量軟件包括菜單軟件包、輸入輸出及檢測軟件包和液位計算軟件包組成。

開關量輸入單元：數字輸入單元用于直接接收數字信號輸入，并送到智能化探測系統(tǒng)。

2執(zhí)行系統(tǒng)

在本控制系統(tǒng)中由液壓閥.，也就是因為塞棒要和鋼水直接接觸，塞棒頭的節(jié)流處容易被沖刷和粘結，傳動機構來控制塞棒從而達到調節(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。其塞棒上下移動是通過液壓油缸帶動，液壓缸是由電控的液壓伺服閥來調節(jié)，控制信號根據偏差由PLC計算得出，從而來控制液壓伺服閥。

液位擾動的產生與克服措施

由于工藝過程是鋼水從中間包通過侵入式水口流入結晶器，而工藝要求結晶器液位穩(wěn)定地控制在預定的位置，這一點對穩(wěn)定生產確保鋼水質量非常重要。引起結晶器液位不穩(wěn)定的因素主要來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.拉矯機的轉速而引起拉速的跳動，而引起拉出鋼錠的不等，鋼水流入時由于水口內尺寸的變化，異物的堵塞，塞棒的松動等而引起變化。從而引起液位測量的擾動。

為了克服以上擾動，使用PID調節(jié)控制模型，動態(tài)修正控制器參數是解決上述問題的關鍵。首先將液位偏差分為幾個部分，再逐一設定PID控制器的比例，積分時間，微分時間這三個參數，譬如：

1.當偏差在量程的±2%以內波動時，使控制作用減弱，控制動作變慢，從而使液面穩(wěn)定。這種狀態(tài)表示系統(tǒng)在正常運行。

2.當液位偏差在量程的±10%時，加強系統(tǒng)的控制作用，使控制作用加強，這樣能很好地控制結晶器內液面的波動。此種情況也是系統(tǒng)的正常運行。

3.當液位偏差在量程±10%以上波動時，PID控制器的參數就采用最強的一組，使控制動作加快，這樣即使再大的波動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液位偏差的大小而相互轉換，使大偏差轉為小偏差，再轉為系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)。

自動澆注是穩(wěn)定生產，提高質量必不可少的環(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死等生產事故。我們公司對連鑄自動澆注很重視，我們?yōu)榱四芴岣咦詣訚沧⒌氖褂寐识粩嗯Α?/p>

參考文獻：

[1]陳家祥 連鑄煉鋼手冊。 冶金工業(yè)出版社 1991

[2]干勇 煉鋼-連鑄新技術800問。冶金工業(yè)出版社 2003

[3]張華 趙文柱 熱工測量儀表。冶金工業(yè)出版社 2010

作者簡介：

鄧飛龍（1987.02——），男，漢族，籍貫：江蘇江陰，職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：自動化技術。