CN101653823B - 立式连铸机斜出坯接坯控制方法 - Google Patents
立式连铸机斜出坯接坯控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开的立式连铸机斜出坯接坯控制方法属钢坯连铸控制技术领域,为立式连铸机斜出坯接坯控制提供一种有效的控制方法,该方法采用力矩控制模式转换速度控制模式自动控制接坯小车,将接坯小车的行走进行柔性速度控制,并由其加速度计算获得铸坯切断信号,根据立式连铸机斜出坯接坯、切割坯两个不同的出坯阶段采用不同的控制模式进行控制的方法,能准确实现可靠的接坯、出坯控制,采用计算机系统实时管理,实现了连铸钢坯斜出坯接坯准确控制、柔性运行、可靠转换,自动化程度高,从而解决了立式连铸机斜出坯接坯这道难于控制的工序和难题,对稳定拉坯控制及铸坯质量起到良好的作用。
Description
一.技术领域
本发明公开的立式连铸机斜出坯接坯控制方法属钢坯连铸控制技术领域,具体涉及的是一种立式连铸机斜出坯接坯的自动控制方法。
二.背景技术
在钢铁企业生产中,斜出坯是立式连铸机区别于其它连铸机的主要工序,其中斜出坯的接坯控制又是其技术难点。通常立式连铸机的接坯控制方法主要以接坯小车跟踪连铸坯头的位置及速度同步运行,在接到火焰切割机的预切断及切断铸坯信号后快速下行,继而完成铸坯的输出。这种方法由于依赖接坯小车速度及位置控制的准确性及对切断铸坯信号实时可靠性,接坯失误率高,且其接坯小车速度与拉坯速度为刚性配合,直接影响了拉坯的稳定性,继而对铸坯质量产生一定的影响。本方法将接坯小车的行走通过柔性速度控制,并由接坯小车的加速度计算得出切断铸坯信号,从而实现准确可靠的接坯控制,同时也对稳定拉坯控制及铸坯质量起到良好的作用。
三.发明内容
本发明的目的是:向社会提供这种立式连铸机斜出坯接坯控制方法,该方法能准确实现可靠的接坯控制,同时也对稳定拉坯控制及铸坯质量起到良好的作用,是自动化控制钢坯连铸的好方法。
本发明的技术方案是这样的:这种立式连铸机斜出坯接坯控制方法,是立式连铸机出坯、接坯的自动控制方法,该立式连铸机斜出坯接坯控制方法系采用力矩控制模式转换速度控制模式自动控制接坯小车,实现自动控制立式连铸机斜出坯接坯,其中,钢坯从结晶器通过坯托辊出坯到小车接坯至火焰切割机定尺切割钢坯前由计算机实时采用力矩控制模式,自钢坯定尺切割后由计算机实时转换采用速度控制模式。所述的由力矩控制模式到速度控制模式的转换是准确又连续的。所述的由计算机实时转换采用速度控制模式是:当火焰切割机定尺切割钢坯后,接坯小车在切断钢坯自重的带动下沿直轨以加速度a==ΔV0/Δt加速下行,当t2~t1时间内平均加速度at21大于设定值A时,接坯小车转换采用速度控制模式,直至接坯小车下行到直轨底端的摆轨再转到斜轨上行至出坯辊道,完成一次立式连铸机斜出坯接坯过程,t1为火焰切割机定尺切割钢坯的时刻,t2为接坯小车平均加速度at21大于设定值A的时刻。所述的设定值A要选择得当,可从定尺切割钢坯后的V1、或V0等作参考选择。所述的接坯小车平均加速度at21计算值为:at21==∫t1 t2adt/(t2-t1),式中:a为接坯小车加速度。所述的平均加速度at21由速度控制模式下任意时间t2-t1间加速度a积分得出。技术特点在于:a.所述的由计算机实时采用力矩控制模式是:钢坯从结晶器通过坯托辊出坯到处在直轨上限的接坯小车接坯采用力矩控制模式,控制力为F(P0),其中P0为接坯小车卷扬滑轮距卷扬机的垂直距离,所述的F(P0)为力矩控制模式的初始控制力。b.当钢坯坯头落至小车底部后,钢坯带动接坯小车沿直轨继续下行至火焰切割机定尺切割钢坯前,下行速度为拉坯或出坯速度V0,仍为力矩控制模式直至钢坯定尺切断后时刻,控制力为F(P1),P1为接坯小车自P0后下行的垂直距离。所述的F(P1)为力矩控制模式的终点控制力。c.所述的控制力F(Pt)的计算方法是: 式中:P0为接坯小车卷扬滑轮距卷扬机的垂直距离,η为卷扬机的力矩传递系数,B为接坯小车的卷扬滑轮距卷扬机的水平距离,W是接坯小车自重,U为设定托力值,σ为钢坯截面积。所述的F(Pt)为F(P0)~F(P1)间任意时间t的控制力。
根据以上所述的立式连铸机斜出坯接坯控制方法,技术特点还有:所述的由计算机实时采用力矩控制模式和由计算机实时转换采用速度控制模式的方法是:采用数字交流变频器作卷扬机的驱动控制机构,即接坯小车运行由卷扬机带动并通过电机变频器及计算机控制,接坯小车的实时运行位置与速度通过安装在卷扬机上的信号采样器或采集器输入计算机运算得出,计算机反馈给变频器控制卷扬机实现力矩控制模式并转换为速度控制模式运行。所述的信号采样器或采集器采集接坯小车的实时运行位置与速度,这些数据输入计算机运算得出结果,反馈给变频器控制变频电机、卷扬机实现力矩控制模式、速度控制模式运行以及运行模式的转换。
根据以上所述的立式连铸机斜出坯接坯控制方法,详细技术特点还有:a.所述的数字交流变频器作卷扬机的驱动控制机构还有:所述的卷扬机电机变频器中编程设置有力矩控制模式、速度控制模式等软件,通过传输总线、通讯接口接收计算机控制指令、控制量值,实现控制模式的运行和转换。b.所述的信号采样器或采集器是安装在卷扬机上并与其旋转轴连接的增量式旋转编码器。所述的该力矩控制模式、速度控制模式等编程软件可采用工业控制等相关的公知公用软件语言进行设计、设置、编写。
本发明的立式连铸机斜出坯接坯控制方法优点有:1.该方法解决了立式连铸机斜出坯、接坯这道难于控制的工序和难于控制的方法;2.该方法根据立式连铸机斜出坯接坯、切割坯两个不同的出坯阶段采用不同的控制模式进行控制的方法能准确实现可靠的接坯控制,是自动化控制连铸钢坯的重要方法;3.该方法根据立式连铸机斜出坯、接坯采用力矩控制模式、切割坯后采用速度控制模式并通过计算机实时控制两模式运行并实时模式转换,实现了连铸钢坯斜出坯准确控制、柔性运行、可靠转换,自动化程度高;4.该方法采用计算机实时控制,对稳定拉坯控制及铸坯质量起到良好的作用。
四.附图说明
本发明的说明书附图共有一幅:
图1为立式连铸机斜出坯接坯设备或系统的结构示意图。
在图1中:1.结晶器;2.拉坯托辊;3.铸坯;4.火焰切割机;5.夹持辊;6.接坯小车;7.直轨;8.摆轨;9.斜轨;10.卷扬机;11.变频电机;12.编码器;13.出坯辊道;14.变频器;15.计算机;B为接坯小车6的卷扬滑轮距卷扬机10的水平距离。
五.具体实施方案
本发明的立式连铸机斜出坯接坯控制方法非限定实施例如下:
实施例一.立式连铸机斜出坯接坯控制方法
该例的立式连铸机斜出坯接坯控制方法,是立式连铸机出坯、接坯的自动控制方法,该立式连铸机斜出坯接坯控制方法是采用力矩控制模式转换速度控制模式自动控制接坯小车,实现自动控制立式连铸机斜出坯接坯,图1示出这种立式连铸机斜出坯接坯设备或系统结构的示意图,图中:钢坯3从结晶器1通过坯托辊2出坯到小车6接坯至火焰切割机4定尺切割钢坯前由计算机15实时采用力矩控制模式,自钢坯3定尺切割后由计算机15实时转换采用速度控制模式。由力矩控制模式到速度控制模式的转换是准确又连续的。所述的由计算机15实时采用力矩控制模式是:钢坯3从结晶器1通过坯托辊2出坯到处在直轨7上限的接坯小车6接坯采用力矩控制模式,控制力为F(P0),其中P0为接坯小车6的卷扬滑轮距卷扬机10的垂直距离,所述的F(P0)为力矩控制模式的初始控制力。当钢坯3的坯头落至小车6的底部后,钢坯3带动接坯小车6沿直轨7继续下行至火焰切割机4定尺切割钢坯前,下行速度为拉坯或出坯速度V0,仍为力矩控制模式直至钢坯3定尺切断后时刻,控制力为F(P1),P1为接坯小车6自P0后下行的垂直距离。所述的F(P1)为力矩控制模式的终点控制力。所述的控制力F(Pt)的计算方法是:按公式 进行计算,式中:所述的F(Pt)为F(P0)~F(P1)间任意时间t的控制力,P0为接坯小车卷扬滑轮距卷扬机的垂直距离,η为卷扬机10的力矩传递系数,B为接坯小车6的卷扬滑轮距卷扬机10的水平距离,W是接坯小车6自重量,U为设定托力值,σ为钢坯截面积。本例中上述各参数根据一个实际生产例分别选择如下数值:P0=12.4米;B=6.6米;W=18.5吨;η=0.025;σ≈0.25平方米,U=1.5吨。把这些数值代入上述公式进行计算并将结果输入给计算机15对接坯过程进行力矩控制模式控制和运行。本例的技术方法中使用的PLC计算机配备有工业生产现场传输总线、通讯接口及高速脉冲计数接口,其CPU具有浮点数及逻辑运算功能,本例中我们采用了西门子公司生产的SIMATIC S7-300可编程控制器,其CPU上配有Prifbus DP通讯接口,系统采用FM350计数模板接收增量式旋转编码器的输出信号,可实现生产现场与PLC计算机系统的数据通讯。本例技术方法中的数据处理运算程序采用STEP7语言编制。由计算机15实时采用力矩控制模式的详细方法是:本例中采用数字交流变频器14作卷扬机10的驱动控制机构,如采用德国西门子公司生产的6SE70变频器,该变频器14具备速度控制及力矩控制功能,即接坯小车6运行由卷扬机10带动并通过电机(变频电机)11的变频器14及计算机15控制,接坯小车6的实时运行位置与速度通过安装在卷扬机10上的信号采样器或采集器输入计算机15运算得出,计算机15反馈给变频器14控制卷扬机10实现力矩控制模式,并转换为速度控制模式运行。所述的信号采样器或采集器如是安装在卷扬机10上并与其旋转轴连接的增量式旋转编码器12,本例中采用了日本光洋公司生产的TRD-J增量式旋转编码器,其输出信号可直接由PLC计算机接收,其信号输入PLC后经运算可得到接坯小车的实时行走位置及速度,该信号采样器或采集器采集接坯小车6的实时运行位置与速度,这些数据输入计算机15运算得出结果,反馈给变频器14控制变频电机11、卷扬机10实现力矩控制模式运行以及运行模式的转换。所述的数字交流变频器14作卷扬机10的驱动控制机构还有:所述的卷扬机10的电机11的变频器14中编程设置有力矩控制模式、速度控制模式等软件,通过传输总线、通讯接口接收计算机15的控制指令、控制量值,实现控制模式的运行和转换。所述的由计算机15实时转换采用速度控制模式方法是:当火焰切割机4定尺切割钢坯3后,接坯小车6在切断钢坯3自重的带动下沿直轨7以加速度a==ΔV0/Δt加速下行,当t2~t1时间内平均加速度at21大于设定值A时,该信号输入计算机15并转换采用速度控制模式控制接坯小车6运行,直至接坯小车6下行到直轨7底端的摆轨8再转到斜轨9上行至出坯辊道13,完成一次立式连铸机斜出坯接坯过程。所述的接坯小车平均加速度at21计算公式为:值at21==∫t1 t2adt/(t2-t1),式中:a为接坯小车加速度,t1为火焰切割机4定尺切割钢坯3的时刻,t2为接坯小车6平均加速度at21大于设定值A的时刻。所述的平均加速度at21由速度控制模式下任意时间t2-t1间加速度a积分得出。所述的设定值A要选择得当,可从定尺切割钢坯后的V1、或V0等作参考选择。本例中上述各参数根据一个实际生产例分别选择如下数值:A=6m/s2;t2-t1=0.4秒。把这些数值代入上述公式进行计算并将结果输入给计算机15,对接坯后半程过程进行模式运行转换、速度控制模式控制和运行。由计算机15实时转换采用速度控制模式的详细方法是:采用如上所述数字交流变频器14作卷扬机10的驱动控制机构,即切断坯后接坯小车6运行由卷扬机10带动并通过电机11、变频器14及计算机15控制,接坯小车6的实时运行位置与速度通过安装在卷扬机10上的信号采样器或采集器输入计算机15运算得出,计算机15通过通讯接口传递PLC指令及控制量值给变频器14控制卷扬机10实现其控制模式转换,从力矩控制模式转换为速度控制模式并运行。还要说明的是:当火焰切割机4定尺切割钢坯3后,接坯小车6在切断钢坯3自重的带动下沿直轨7以加速度a==ΔV0/Δt加速下行的同时,又有第二辆接坯小车把从结晶器通过坯托辊出坯被火焰切割机切断后继续出坯的该钢坯接坯到第二辆接坯小车上,重复第一辆接坯小车接坯出坯过程。如此连铸坯斜出坯的重复接坯过程,使立式连铸机斜出坯接坯控制完成立式连铸坯斜出坯接坯全部生产工程。
Claims (3)
1.一种立式连铸机斜出坯接坯控制方法,是立式连铸机出坯、接坯的自动控制方法,该立式连铸机斜出坯接坯控制方法系采用力矩控制模式转换速度控制模式自动控制接坯小车,实现自动控制立式连铸机斜出坯接坯,其中,钢坯从结晶器通过坯托辊出坯到小车接坯至火焰切割机定尺切割钢坯前由计算机实时采用力矩控制模式,自钢坯定尺切割后由计算机实时转换采用速度控制模式,所述的由计算机实时转换采用速度控制模式是:当火焰切割机定尺切割钢坯后,接坯小车在切断钢坯自重的带动下沿直轨以加速度a==ΔV0/Δt加速下行,当t2~t1时间内平均加速度at21大于设定值A时,接坯小车转换采用速度控制模式,直至接坯小车下行到直轨底端的摆轨再转到斜轨上行至出坯辊道,完成一次立式连铸机斜出坯接坯过程,t1为火焰切割机定尺切割钢坯的时刻,t2为接坯小车平均加速度at21大于设定值A的时刻,所述的接坯小车平均加速度at21由速度控制模式下任意时间t2-t1间加速度a积分得出,at21计算值为:
at21==∫t1 t2adt/(t2-t1),式中:a为接坯小车加速度;特征在于:
a.所述的由计算机实时采用力矩控制模式是:钢坯从结晶器通过坯托辊出坯到处在直轨上限的接坯小车接坯采用力矩控制模式,控制力为F(P0),其中P0为接坯小车卷扬滑轮距卷扬机的垂直距离;
b.当钢坯坯头落至小车底部后,钢坯带动接坯小车沿直轨继续下行至火焰切割机定尺切割钢坯前,下行速度为拉坯或出坯速度V0,仍为力矩控制模式直至钢坯定尺切割后,控制力为F(P1),P1为接坯小车自P0后下行的垂直距离;
c.所述的控制力F(Pt)的计算方法是:
2.根据权利要求1所述的立式连铸机斜出坯接坯控制方法,特征在于:所述的由计算机实时采用力矩控制模式和由计算机实时转换采用速度控制模式的方法是:采用数字交流变频器作卷扬机的驱动控制机构,即接坯小车运行由卷扬机带动并通过电机变频器及计算机控制,接坯小车的实时运行位置与速度通过安装在卷扬机上的信号采样器或采集器输入计算机运算得出,计算机反馈给变频器控制卷扬机实现力矩控制模式并转换为速度控制模式运行。
3.根据权利要求2所述的立式连铸机斜出坯接坯控制方法,特征在于:
a.所述的数字交流变频器作卷扬机的驱动控制机构还有:所述的卷扬机电机变频器中编程设置力矩控制模式、速度控制模式,通过传输总线、接口接收计算机控制指令、控制量值实现控制模式的运行和转换;
b.所述的信号采样器或采集器是安装在卷扬机上并与其旋转轴连接的增量式旋转编码器。
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