CN101334672A - 结晶器在线调宽系统及其方法 - Google Patents

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一种结晶器在线调宽系统，其特征在于包括：两个相向设置的结晶器；设于所述两结晶器外侧并接受控制信号以调节两结晶器之间宽度的多套驱动装置；绝对值编码器电路；可编程序控制器，接受该实际值及外部输入的目标值，根据该目标值及该实际值，输出控制信号至驱动装置。一种结晶器在线调宽方法，包括以下步骤：1)比较两结晶器当前的实际值和最终目标值，判定是否为调宽或调窄，如果是调宽，则进入步骤2)，如果为调窄，则转步骤3)；2)平移；3)调锥；4)调幅；5)调锥；6)当实际值和最终目标值相等时，结束调整，否则转步骤1)。本发明可对结晶器进行调零及将其快速调至开浇宽度；且使得在线调宽更加安全可靠，且响应快速、精确。

Description

结晶器在线调宽系统及其方法
技术领域
本发明涉及结晶器在线调宽系统及其方法。
背景技术
在连铸板坯生产中，为适应不同规格产品需要，结晶器的宽待经常需要调整。传统的调整方式是停止浇铸，手动调整结晶器宽度或更换结晶器。传统的调节方式是连铸机停机，需二次开浇的情况下进行的，这就造成原材料与时间上的损失。大大减低了生产效率，增加了生产成本。为了克服过去浇注中铸造连铸宽度不同的板坯需改变结晶器宽度而断浇的缺点，钢铁厂家开发了在浇铸过程中移动结晶器短边而改变板坯宽度的技术，简称结晶器在线调宽。本系统正是基于结晶器在线调宽技术构建的系统。该系统具有可连续浇铸不同宽度板坯，减少铸坯宽度的幅切量及可实现连铸出坯宽度与轧制顺序相吻合等一系列优点，为高质、高效、高产创造了有利条件，对于降低生产成本，改善环境质量，提高产品的市场竞争力具有极为重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种结晶器在线调宽系统及其方法。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种结晶器在线调宽系统，其特征在于包括：
两个相向设置的结晶器；
设于所述两结晶器外侧并接受控制信号以调节两结晶器之间宽度的多套驱动装置；
绝对值编码器电路，用于采集结晶器位置的实际值并输出；
可编程序控制器，与所述绝对值编码器电路和所述驱动装置相连，接受该实际值及外部输入的目标值，根据该目标值及该实际值，输出控制信号至驱动装置。
进一步地，所述驱动装置包括快速应答阀及与所述快速应答阀气动连接的步进缸，所述步进缸与所述结晶器相连接。
进一步地，所述驱动装置的数量为四套，每套分别设于两个所述结晶器的靠近两端处。
进一步地，还包括过程控制服务器、现场操作面板、人机接口，所述可编程序控制器包括第一可编程序控制器和第二可编程序控制器，所述第一可编程控制器与服务器、人机接口、现场操作面板相连接，用于完成与过程控制服务器的数据交换，以及通过人机接口设定的生产数据，以及与现场操作面板的通讯并在现场操作面板上实时显示现场数据；所述第二可编程序控制器与第一可编程控制器相连接，实时采集绝对值编码器电路输出的结晶器位置的实际值，接受第一可编程控制器输入的目标值，根据目标值及实际值，输出控制信号至驱动装置。
一种结晶器在线调宽方法，包括以下步骤：
1)比较两结晶器当前的实际值和最终目标值，判定是否为调宽或调窄，如果是调宽，则进入步骤2)，如果为调窄，则转步骤3)；
2)平移，即水平移结晶器；
3)调锥，即维持两结晶器之间短边或长边的宽度，朝最终目标值调整两结晶器之间的锥度；
4)调幅，即维持两结晶器之间的锥度，朝最终目标值调节两结晶器之间的相对距离；
5)调锥，即维持两结晶器之间长边或短边的宽度，朝最终目标值调整两结晶器之间的锥度；
6)当实际值和最终目标值相等时，结束调整，否则转步骤1)。
6、根据权利要求5所述的结晶器在线调宽方法，其特征在于：还包括临时目标值设定步骤，该值是在结晶器调宽过程中，在每个扫描周期内的目标值。
一种结晶器在线调宽方法，包括以下步骤：
A判定步骤
A1、根据两结晶器当前的实际值和最终目标值，并根据实际值和最终目标值设定一个或多个阶段目标值，所述阶段目标值介于实际值和目标值之间；
A2、设下一目标值为阶段目标值和最终目标值中朝最终目标值方向的且与当前实际值最接近的值，判定是否为调宽或调窄，如果是调宽，则进入步骤B，如果为调窄，则转步骤C；
B调宽步骤
B1、平移，水平移结晶器；
B2、调锥，维持两结晶器之间短边或长边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
B3、调幅，维持两结晶器之间的锥度，朝下一目标值调节两结晶器之间的相对距离；
B4、调锥，维持两结晶器之间长边或短边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
B5、判断是否达到最终目标值，如果是，则结束调整；否则，设下一目标值为阶段目标值和最终目标值中朝最终目标值方向的且与当前实际值最接近的值，转步骤B1；
C调窄步骤
C1、调锥，即维持两结晶器之间短边或长边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
C2、调幅，即维持两结晶器之间的锥度，朝下一目标值调节两结晶器之间的相对距离；
C3、调锥，即维持两结晶器之间长边或短边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
C6、判断是否达到最终目标值，如果是，则结束调整；否则，设下一目标值为阶段目标值和最终目标值中朝最终目标值方向的且与当前实际值最接近的值，转步骤C1。
进一步地，还包括临时目标值设定步骤，该值是在结晶器调宽过程中，在每个扫描周期内的目标值。
本发明提供的结晶器在线调宽系统，可对结晶器进行调零及将其快速调至开浇宽度；且使得在线调宽更加安全可靠，且响应快速、精确。
本发明提供的结晶器在线调宽方法，通过将调宽分解为调锥、调幅、平移等步骤，保证了坯壳承受的压力既低而均匀，消除在调宽过程中铸坯与结晶器间间产生的气隙，防止漏钢事故和铸坯缺陷。且控制精度大大提高，有效减小了跑火事件的发生概率和板坯缺陷。
附图说明
图1为结晶器在线调宽系统结构示意图；
图2为结晶器窄边构造图；
图3为三种目标值(最终目标值、阶段目标值、临时目标值)在控制过程中的关系图；
图4为结晶器调窄步骤示意图；
图5为结晶器调宽步骤示意图；
图6为调锥过程中短边上下速度间的关系图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，一种结晶器在线调宽系统，包括，
两个相向设置的结晶器，
设于两结晶器外侧并接受控制信号以调节两结晶器之间宽度的驱动装置；
绝对值编码器电路，用于采集结晶器位置的实际值并输出；
可编程序控制器(PLC)，与绝对值编码器电路相连，接受该实际值及外部输入的目标值，根据目标值及实际值，输出控制信号至驱动装置；
其中，所述驱动装置包括快速应答阀及与所述快速应答阀气动连接的步进式电动液压缸(简称步进缸)，所述步进缸与所述结晶器相连接。所述快速应答阀QSV可采用日本钢铁科技公司(JP Steel Plantech Co.简称JSP)厂生产的型号为HS-G01-AR-D2B-1的产品。
其中，所述驱动装置共有四套，每套分别设于两个所述结晶器的靠近两端处。四套驱动装置各自独立工作。
其中，还包括过程控制服务器(L2)、现场操作面板、人机接口(HMI)，所述可编程序控制器(PLC)包括第一可编程序控制器和第二可编程序控制器，所述第一可编程控制器(CP-317)与服务器(L2)、人机接口(HMI)、现场操作面板相连接，用于完成与过程控制服务器的数据交换，以及通过人机接口设定的生产数据，以及与现场操作面板的通讯并在现场操作面板上实时显示现场数据。所述第二可编程序控制器(CP-9200SH4)与第一可编程控制器相连接，依据CP-9200SH4速度快的特点，实时采集绝对值编码器电路输出的结晶器位置的实际值，对现场设备状态和结晶器控制过程的实时监视及对结晶器短边的位置进行实时动态控制。即接受第一可编程控制器输入的目标值，根据目标值及实际值，输出控制信号至驱动装置。
其中，所述第一可编程控制器(CP-317)与服务器(L2)、人机接口(HMI)的连接可以根据需要采用集线器(HUB)等通过以太网等相连接。
结晶器调宽的目标值可由操作人员从HMI上直接输入通过以太网传给CP-317，也可由上位机通过以太网将目标值传给CP-317，CP-317接收到数据后将目标值换算成目标轴位值连同目标值一起通过CP-215传给CP-9200SH4，供控制使用。
一旦操作人员发出开始调宽指令，数据依据上述途径传至负责控制的CP-9200SH4，该PLC立即作出响应，比较目标值与实际值，做出调宽还是调窄的判断。控制过程中，CP-9200SH4将由现场通过绝对值编码器电路经由计数器反馈回来的脉冲值换算成步进缸位置实际值，与通过上述公式计算所得的临时目标值不断进行比较，快速应答阀(QSV)根据此比较结果快速开闭，调整步进缸移动速度，直到两结晶器均到达最终目标值，调宽过程结束。
实施例二
一种结晶器在线调宽方法，其特征在于包括以下步骤：
1)比较两结晶器当前的实际值和最终目标值，判定是否为调宽或调窄，如果是调宽，则进入步骤2)，如果为调窄，则转步骤3)；
2)平移，即水平移结晶器；
3)调锥，即维持两结晶器之间短边或长边的宽度，朝最终目标值调整两结晶器之间的锥度；
4)调幅，即维持两结晶器之间的锥度，朝最终目标值调节两结晶器之间的相对距离；
5)调锥，即维持两结晶器之间长边或短边的宽度，朝最终目标值调整两结晶器之间的锥度；
6)当实际值和最终目标值相等时，结束调整，否则转步骤1)。
其中，最终目标值为结晶器调宽的设定目标值，可通过HMI输入或者过程控制服务器L2设定。
实施例三
一种结晶器在线调宽方法，包括以下步骤：
A判定步骤
A1、根据两结晶器当前的实际值和最终目标值，并根据实际值和最终目标值设定一个或多个阶段目标值，所述阶段目标值介于实际值和目标值之间；通过设定的阶段目标值，使得对结晶器的调整可以分成多个步骤完成。阶段目标值可依据机械参数、当前的实际值和最终目标值等具体设定。
A2、设下一目标值为阶段目标值和最终目标值中朝最终目标值方向的且与当前实际值最接近的值，判定是否为调宽或调窄，如果是调宽，则进入步骤B，如果为调窄，则转步骤C；
B调宽步骤(参见图4)
B1、平移，即水平移结晶器；
B2、调锥，即维持两结晶器之间短边或长边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
B3、调幅，即维持两结晶器之间的锥度，朝下一目标值调节两结晶器之间的相对距离；
B4、调锥，即维持两结晶器之间长边或短边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
B5、判断是否达到最终目标值，如果是，则结束调整；否则，设下一目标值为阶段目标值和最终目标值中朝最终目标值方向的且与当前实际值最接近的值，转步骤B1。
C调窄步骤(参见图5)
C1、调锥，即维持两结晶器之间短边或长边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
C2、调幅，即维持两结晶器之间的锥度，朝下一目标值调节两结晶器之间的相对距离；
C3、调锥，即维持两结晶器之间长边或短边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
C4、判断是否达到最终目标值，如果是，则结束调整；否则，设下一目标值为阶段目标值和最终目标值中朝最终目标值方向的且与当前实际值最接近的值，转步骤C1。
其中，最终目标值为结晶器调宽的设定目标值，可通过HMI输入或者过程控制服务器L2设定。
其中，还包括临时目标值设定步骤，该值是在结晶器调宽过程中，在每个扫描周期内的目标值，该目标值是依据驱动装置(步进缸)的设定移动速度、结晶器短边的移动方向共同确定的。
本结晶器在线调宽方法实施例为以上三种目标值(最终目标值、阶段目标值、临时目标值)共同作用的控制过程。三种目标值在控制过程中的关系如图3所示。其中：
PV：实际值          SV：设定值
WO：幅度初始值      TO：锥度初始值
TS：扫描周期个数    EF：最终目标值
EP：阶段目标值      ET：临时目标值。
以下以调窄过程中的第一步调锥为例，进一步说明本发明。如图6所示，其中，VC：铸造速度；VT为结晶器上端步进缸速度；VB为结晶器下端步进缸速度。
为保持结晶器下端幅度不变，上、下步进缸需以不同的速度移动。步进缸速度及其临时目标值的计算如以下公式所示：
VT＝VS(mm/min)    (1)
VB＝VS×L3/(L2+L3)(mm/min)      (2)
ΔT＝C×VT÷60×TS×10-4(mm)    (3)
ΔB＝C×VB÷60×TS×10-4(mm)    (4)
ET-T＝ST-ORI-ΣΔT(mm)          (5)
EB-T＝SB-ORI-ΣΔB(mm)          (6)
其中：
VS：步进缸设定速度(mm/min)；              VT：上端步进缸移动速度(mm/min)；
VB：下端步进缸移动速度(mm/min)；          L2，L3：为结晶器短边的机械参数；
ΔT：每个扫描周期上端步进缸增益(mm)；     C：调整常数；
ΔT：每个扫描周期下端步进缸增益(mm)；     TS：扫描周期(ms)；
ET-T：各扫描周期上端步进缸临时目标值；    ST-ORI：上端步进缸初始位置值；
EB-T：各扫描周期下端步进缸临时目标值；    SB-ORI；下端步进缸初始位置值；
在控制过程中，依据公式(1)、(2)确定的上、下步进缸的移动速度计算出每个扫描周期内上、下步进缸的移动目标值，再依据公式(5)、(6)分别计算出上、下步进缸在各个扫描周期的绝对目标值，亦即各个扫描周期内上、下步进缸的临时目标值。将由现场反馈回来的步进缸实际位置值与通过上述公式计算所得的临时目标值不断进行大小比较，快速应答阀(QSV)根据此比较结果快速开闭，调整步进缸移动速度，直到上、下步进进缸位置值均到达阶段目标值，调锥结束，进入调整的第二阶段，即调幅。
本实施例中的其它步骤，例如调幅等，除上、下步进缸速度与目标值不同外，其控制过程基本一致，本领域技术人员根据上述调窄过程的描述，无需创造性劳动就能联想到，因此省略对该部分的描述。

Claims (8)

1、一种结晶器在线调宽系统，其特征在于包括：
两个相向设置的结晶器；
设于所述两结晶器外侧并接受控制信号以调节两结晶器之间宽度的多套驱动装置；
绝对值编码器电路，用于采集结晶器位置的实际值并输出；
可编程序控制器，与所述绝对值编码器电路和所述驱动装置相连，接受该实际值及外部输入的目标值，根据该目标值及该实际值，输出控制信号至驱动装置。
2、根据权利要求1所述的结晶器在线调宽系统，其特征在于：所述驱动装置包括快速应答阀及与所述快速应答阀气动连接的步进缸，所述步进缸与所述结晶器相连接。
3、根据权利要求2所述的结晶器在线调宽系统，其特征在于：所述驱动装置的数量为四套，每套分别设于两个所述结晶器的靠近两端处。
4、根据权利要求1所述的结晶器在线调宽系统，其特征在于：还包括过程控制服务器、现场操作面板、人机接口，所述可编程序控制器包括第一可编程序控制器和第二可编程序控制器，所述第一可编程控制器与服务器、人机接口、现场操作面板相连接，用于完成与过程控制服务器的数据交换，以及通过人机接口设定的生产数据，以及与现场操作面板的通讯并在现场操作面板上实时显示现场数据；所述第二可编程序控制器与第一可编程控制器相连接，实时采集绝对值编码器电路输出的结晶器位置的实际值，接受第一可编程控制器输入的目标值，根据目标值及实际值，输出控制信号至驱动装置。
5、一种结晶器在线调宽方法，其特征在于包括以下步骤：
1)比较两结晶器当前的实际值和最终目标值，判定是否为调宽或调窄，如果是调宽，则进入步骤2)，如果为调窄，则转步骤3)；
2)平移，即水平移结晶器；
3)调锥，即维持两结晶器之间短边或长边的宽度，朝最终目标值调整两结晶器之间的锥度；
4)调幅，即维持两结晶器之间的锥度，朝最终目标值调节两结晶器之间的相对距离；
5)调锥，即维持两结晶器之间长边或短边的宽度，朝最终目标值调整两结晶器之间的锥度；
6)当实际值和最终目标值相等时，结束调整，否则转步骤1)。
6、根据权利要求5所述的结晶器在线调宽方法，其特征在于：还包括临时目标值设定步骤，该值是在结晶器调宽过程中，在每个扫描周期内的目标值。
7、一种结晶器在线调宽方法，其特征在于包括以下步骤：
A判定步骤
A1、根据两结晶器当前的实际值和最终目标值，并根据实际值和最终目标值设定一个或多个阶段目标值，所述阶段目标值介于实际值和目标值之间；
A2、设下一目标值为阶段目标值和最终目标值中朝最终目标值方向的且与当前实际值最接近的值，判定是否为调宽或调窄，如果是调宽，则进入步骤B，如果为调窄，则转步骤C；
B调宽步骤
B1、平移，水平移结晶器；
B2、调锥，维持两结晶器之间短边或长边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
B3、调幅，维持两结晶器之间的锥度，朝下一目标值调节两结晶器之间的相对距离；
B4、调锥，维持两结晶器之间长边或短边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
B5、判断是否达到最终目标值，如果是，则结束调整；否则，设下一目标值为阶段目标值和最终目标值中朝最终目标值方向的且与当前实际值最接近的值，转步骤B1；
C调窄步骤
C1、调锥，即维持两结晶器之间短边或长边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
C2、调幅，即维持两结晶器之间的锥度，朝下一目标值调节两结晶器之间的相对距离；
C3、调锥，即维持两结晶器之间长边或短边的宽度，朝下一目标值调整两结晶器之间的锥度；
C6、判断是否达到最终目标值，如果是，则结束调整；否则，设下一目标值为阶段目标值和最终目标值中朝最终目标值方向的且与当前实际值最接近的值，转步骤C1。
8、根据权利要求7所述的结晶器在线调宽方法，其特征在于：还包括临时目标值设定步骤，该值是在结晶器调宽过程中，在每个扫描周期内的目标值。
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