CN101939121A - 用于控制冶金技术设备中的调节参数的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
对冶金技术设备中的不同控制参数的控制要求很高，从而调节件(阀等)的所需要的控制比例通常明显高于市场上所达到的比例。为了利用市场上常见的具有较小控制范围的调节件也能始终确保所希望的较大的控制参数，且可复现地以优化的和改善的控制品质来调节，为了实现用于全部供应量的尽可能大的控制范围，根据本发明，提出使用一种调节件电路(8)，其中在向上控制时，从调节参数(4)＝x起，使得具有可自由选择的恒定的控制参数(72)的至少一个其它的调节件(52)并联地连接至具有可变的控制参数(71)的已有的调节件(51)，且从该调节参数(4)＝x起，利用恒定的控制参数(72)和可变的控制参数(71)组合地调节全部供应量。
Description
本发明涉及用于利用控制系统控制冶金技术设备例如炼钢机(Stahlwerk)、连铸机、轧机中的不同的控制参数的方法和装置，所述冶金技术设备例如用于控制液压的、电的以及气动的装置，通过该控制系统根据主导参数和反馈参数对所发生的控制偏差进行计算，并预先设定用于控制对象的新的调节参数，例如由阀构成的调节件通过该控制系统转换控制参数，然后利用该控制参数来控制供应给过程的来自给定的供应机构的全部供应量，例如液压油、水、空气、电压或电流。
在冶金技术设备的运行中，需要对不同的控制参数进行一系列的控制，用于控制液压的、电的以及气动的驱动机构，这些驱动机构对终端产品的内部的以及外部的质量产生直接的或间接的影响。这里以喷射冷却为例加以介绍，其通过充分凝固(Durcherstarrung)的速度一方面影响内部质量，以及影响作为外部质量的终端产品表面。质量(控制品质)在此意义重大，参与连铸产品的生产的所有控制都通过所述质量来调节其控制参数。
在很多情况下，对这些控制的要求很高，从而在连铸设备中使用的调节件(阀等)的制造商无法再满足这些要求。为了控制喷射水，在市场上仅有控制阀可供使用，这些控制阀在控制对象上所实现的控制比例最大为1∶15，其中1是有待控制的最小的控制参数，15是待控制的最大的控制参数。但当在连铸设备上浇铸的钢质量的谱变得越来越宽时，所需要的控制比例就远大于1∶15，因为有待调节的喷射水流量要求具有越来越大的带宽。
根据现有技术，例如就在连铸设备上采用的控制而言，按照如下原理来影响控制参数。控制系统得到用于控制参数的主导参数，并从反馈参数计算出所谓的控制偏差。根据控制偏差来预先设定用于控制对象的调节参数。控制对象(阀等)必须转换来自给定的供应部分(液压油、电压、水、空气等)的值，并将其输送给后续过程，其中控制对象按照当前的现有技术通常并不能，以大于有限比例的相应的精度对来自给定的供应量的控制参数进行精确的控制。
在DE 2344438中记载了一种方法，用于控制从直通式结晶器中排出的连铸坯(Strang)的冷却，同时能使得连铸产品在各个区中恰好在周围冷却，其例如与在凝固程度增加时传热阻力的变化相对应。对于每个区来说，在浇铸过程开始时，调节来自于优化的水量的基本水量的主导参数。在浇铸期间，利用计算机在运行时间内对各个连铸段的速度进行累积，同时保持连铸段在冷却范围内耗用的时间，即可求得施加到各个连铸段上的冷却剂量，并将其与相应的主导量相比较，确定出仍需施加到这些连铸段上的残余冷却剂量。然后利用可调节的滑块，或者有时利用相应的喷嘴配件进行调节，其中例如所有喷射单元的冷却剂量都共同地通过一个阀来控制。
此外，由DE 10321791A1已知一种方法，其用于在热轧精轧机中的金属带温度控制，其中将给定温度变化曲线与实际温度变化曲线相比较，便形成用于调节件的目标函数，采用测量技术检测与位于精轧机中的任意给定设定值的偏差，一方面进行预先计算，另一方面在线地求解具有直线附加条件的平方的优化问题，由此来控制物料流量(带材速度)和冷却剂流。
基于所述现有技术，本发明的目的在于，对冶金技术设备中不同控制参数的已有控制方案加以改进，使得采用具有较小控制范围的市场上常见的调节件，始终都可靠地且可复现地以优化的改善的控制品质来调节控制系统以及所希望的较大的控制参数。
采用具有权利要求1特征部分的特征的方法，且采用具有权利要求6特征部分的特征的装置，即可实现所述目的，即为了实现用于全部供应量的尽可能大的控制范围，使用一种控制对象，其中在向上控制时，从调节参数＝x起，使得具有可自由选择的恒定的控制参数的至少一个其它的调节件，并联地连接至具有可变的控制参数的已有的调节件，且从该调节参数＝x起，组合地调节由此导致的供应部分量构成的全部供应量。
为此，在控制对象中，具有可变调节的控制参数的至少一个调节件例如控制阀，与具有可调节的控制参数的至少一个调节件例如切换阀，并联地连接。
后一个调节件(和所有其它调节件)例如是纯双位的调节件，并从供应机构给控制参数施加以恒定值。所述恒定值可调节，并形成供应值的一部分。为了调节恒定的控制参数，可以改变调节件的直通参数(Durchgangsparameter)，例如电阻(Widerstand)、电抗(Drossel)、导向直径，和/或使得其它调节件并联地连接。
通过这种方式，所希望的控制参数无需再仅通过具有有限控制比例的调节件来调节，而是从可自由选择的调节参数x起与恒定值组合地来调节。由此产生明显拓宽的调节范围和用于整个控制任务的精确的和/或准确的可调节性(或改善的控制品质)。这里的前提是，恒定的调节件在调节参数输出时具有几乎恒定的可复现的特性。
在调节参数＝x时，在向上控制(Hochregeln)时，不仅接通具有恒定控制参数的调节件，而且同时向下控制具有可变控制参数的调节件，直至以新调节的可变的控制参数，加上恒定的控制参数，控制过程仍在调节参数＝x上方继续进行，并确保全部供应量。由于切换过程本来就有惯性(回滞)，在向下控制(Herunterregeln)时，要考虑到已有的自身的有限的回滞h。其实现方式为，在调节参数＝x-h时，切断“恒定的”调节件，且从该值起，使得“可变的”的调节件在0～x-h的范围内，再次对全部供应量进行控制。对于向下控制来说，具有可变控制参数的调节件因而通过回滞h得到较小的所要求的控制范围S，该控制范围如下求得：
在x-h≤50％时，S＝x；且
在x-h＞50％时，S＝x-h。
通过对并联支路和“可变的”的调节件设计，来限定“可变的”的调节件与所有并联的调节件的调节参数的相交，从而控制系统始终都确保所希望的控制参数，且可复现地以优化的改善的控制品质来调节。
为了在冶金技术设备例如炼钢机、连铸设备、轧机中实现具有可靠精度的所需要的控制范围，所述控制范围例如用于控制液压的、电的以及气动的装置(作为液压介质的空气、水、油，例如HFC Ultra Safe、Quintolubric或矿物的液压油)、作为润滑剂的油等，根据本发明，可以在控制对象内采用如下组合：
-将控制装置与切换装置并联连接；
-将多个控制装置并联连接；
-将多个切换装置并联连接(级联)，
其中这些控制装置有利地用于：
-控制在炼钢机中的作为液压介质的空气、水、油，例如HFCUltra Safe、Quintolubric或矿物的液压油、作为润滑剂的油等介质，所述炼钢机用于产生和后续加工液态钢以及液态NE金属；
-控制连铸设备的作为液压介质的空气、水、油，例如HFC UltraSafe、Quintolubric或矿物的液压油、作为润滑剂的油等介质，所述连铸设备用于将液态钢以及液态NE金属后续加工成半成品如板坯、薄板坯、钢坯、钢锭等；
-控制轧机的作为液压介质的空气、水、油，例如HFC Ultra Safe、Quintolubric或矿物的液压油、作为润滑剂的油等介质，所述轧机用于后续加工板坯、薄板坯、钢坯、钢锭等；
-控制用于轧机辅助设备例如卷取机、层流冷却段等的作为液压介质的空气、水、油，例如HFC Ultra Safe、Quintolubric或矿物的液压油、作为润滑剂的油等介质；
-控制带材处理设备的作为液压介质的空气、水、油，例如HFCUltra Safe、Quintolubric或矿物的液压油、作为润滑剂的油等介质。
下面借助示意性的附图中所示的实施例详细地介绍本发明的其它优点和细节。
图中示出：
图1为根据现有技术的控制线路示意图；
图2示出具有三个并联连接的调节件的控制对象；
图3为用于向上控制的控制特性曲线；
图4为用于向下控制的控制特性曲线；
图5为用于恒定调节件的向上和向下控制的控制特性曲线。
在图1中以流程框图的形式示出根据现有技术的通常的控制线路示意图。这里的起始点是控制系统3，预先设定的主导参数1和当前的反馈参数2被输入到该控制系统中，用于计算调节参数4。然后，调节参数4在调节件5中以一定的控制比例来调节控制参数7，然后利用该控制参数从供应机构6提供在过程10中所需要的全部供应量。
为了提高对于控制全部供应量所需要的控制比例，根据本发明，将由控制系统3算得的调节参数4馈入到在图2中示出的控制对象(调节件线路)8中。在所示实施例中，在该控制对象8内，有三个调节件并联地相互连接。每个调节件51，2，n都与供应机构6连接，并从该供应机构得到与其控制参数71，2，n相应大小的供应部分量61，2，n，这些与控制参数7相应的供应部分量相加，即得到供应给过程10的全部供应量。设有可调节的控制比例的调节件51给全部控制参数7施加以可变的控制参数71，且给并联连接的调节件52和5n分别施加以控制参数72和7n。
在图3至5中以控制曲线图的形式示出了本发明的方法的工作方式，其调节参数范围达到100％。图3示出利用两个并联连接的调节件51和52对控制参数7向高控制。这里以百分比示出所希望的控制参数7，其应根据百分比的调节参数4被供应给过程。在控制过程开始时，调节件51单独具有该值，从而控制参数71的虚线所示的值平行于控制参数7伸展。从调节参数4＝x(约为65％)起，并联连接的调节件52具有恒定设置的控制参数72，从而调节件51只需能复现地(reproduzierbar)调节从0至该值x的范围。对于所希望的大于x的值来说，调节件51同样只需能复现地调节从x减去恒定的控制参数72至100％减去恒定的控制参数72的值，因此，尽管空隙比例较小，仍能可靠地实现整个控制范围的较大的带宽。在值x处需要将调节件51向下控制到较低的值，以便接下来从值x起将恒定的控制参数72补充到所需要的控制参数7，这用虚线示出。
为了避免围绕具有值x的切换点持续地接通和切断，所有并联连接的调节件都以其自己的规定的回滞(Hysterese)h工作。因此在值x-h处进行切断。调节件51因而只需具有较小的控制范围。在图4中以与图3相同的方式示出由此得到的关系。用于调节件52的切断点x-h现在比图3的接通点x低回滞h的大小，在此约为54％，因而调节件51也必须相应晚地在该切断点再次向高控制。
在图5中示出调节件52按照所示的方向箭头接通11和切断12。该图清楚地示出图3和4的由回滞h引起的不同的接通和切断过程以及切换点x与x-h的位置。
附图标记列表
1 主导参数
2 反馈参数
3 控制系统
4 调节参数
51，2，n 调节件
6 供应机构
61，2，n 供应部分量
7 控制参数
71，2，n 控制参数(部分控制参数)
8 控制对象
9 回滞
10 过程
11 接通
12 切断
h 回滞
S 调节范围
Claims (16)
1.一种方法，用于利用控制系统(3)控制冶金技术设备中的不同的控制参数(71，2)，所述冶金技术设备用于控制装置，通过该控制系统根据主导参数(1)和反馈参数(2)对所发生的控制偏差进行计算，并预先设定用于控制对象(8)的新的调节参数(4)，调节件(5)通过该控制系统转换控制参数(7)，然后利用该控制参数来控制供应给过程(10)的来自给定的供应机构(6)的介质的全部供应量，其特征在于，为了实现用于全部供应量的尽可能大的控制范围，使用一种控制对象(8)，其中在向上控制时，从调节参数(4)＝x起，使得具有可自由选择的恒定的控制参数(72)的至少一个其它的调节件(52)并联地连接至具有可变的控制参数(71)的已有的调节件(51)，且从该调节参数(4)＝x起，组合地调节由此导致的供应部分量(61，2，n)构成的全部供应量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在调节参数(4)＝x时，在调节件(52)的接通(11)期间，同时向下控制调节件(51)，并以新调节的可变的控制参数(71)使得控制过程继续进行，并确保所要求的全部供应量。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在向下控制(12)时，以如下方式考虑已有的自身的有限的回滞(h)，即在调节参数(4)＝x-h时，切断(12)调节件(52)，且从该值起，使得调节件(51)在0～x-h的范围内，再次对全部供应量进行控制。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，调节件(51)的由回滞(h)所要求的较小的控制范围(S)如下求得：
在x-h≤50％时，S＝x；且
在x-h＞50％时，S＝x-h。
5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，为了调节恒定的控制参数(72)，改变调节件(52)的直通参数，例如电阻、电抗、导向直径，和/或使得其它调节件(5n)并联地连接。
6.一种特别是用于实施根据权利要求1至5的方法的装置，用于利用控制系统(3)控制冶金技术设备中的不同的控制参数(71，2)，所述冶金技术设备用于控制液压的、电的以及气动的装置，通过该控制系统根据主导参数(1)和反馈参数(2)对所发生的控制偏差进行计算，并预先设定用于控制对象(8)的新的调节参数(4)，调节件(51，2，n)通过该控制系统转换控制参数(71，2，n)，然后利用该控制参数来控制供应给过程(10)的来自给定的供应机构(6)的例如液压油、水、空气、电压或电流的全部供应量，其特征在于，在控制对象(8)中，具有可变的控制参数(71)的至少一个调节件(51)与具有可自由选择的恒定的控制参数(72)的至少一个调节件(52)并联地连接。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，调节件(51)是控制装置，调节件(52-n)是切换装置。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，具有可变的控制参数(71)的至少两个调节件(51)相互并联地连接。
9.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，具有恒定的控制参数(72)的至少两个调节件(52)以级联的形式相互并联地连接。
10.如权利要求7或9所述的装置，其特征在于，具有恒定的控制参数(72)的调节件(52)是纯双位的或接通-切断式调节件。
11.如权利要求7、8、9或10所述的装置，其特征在于，调节件(51)具有可变的控制参数(71)，利用该控制参数至少将调节参数(4)控制至x％，然后针对大于x的值，控制从x％到100％的减去恒定的控制参数(72)的调节参数。
12.如权利要求7至11中任一项或多项所述的装置，其特征在于，它用于控制在炼钢机中的作为液压介质的空气、水、油例如HFC UltraSafe、Quintolubric或矿物的液压油、作为润滑剂的油等介质，所述炼钢机用于产生和后续加工液态钢以及液态NE金属。
13.如权利要求7至11中任一项或多项所述的装置，其特征在于，它用于控制连铸设备的作为液压介质的空气、水、油例如HFC UltraSafe、Quintolubric或矿物的液压油、作为润滑剂的油等介质，所述连铸设备用于将液态钢以及液态NE金属后续加工成半成品如板坯、薄板坯、钢坯、钢锭等。
14.如权利要求7至11中任一项或多项所述的装置，其特征在于，它用于控制轧机的作为液压介质的空气、水、油例如HFC Ultra Safe、Quintolubric或矿物的液压油、作为润滑剂的油等介质，所述轧机用于后续加工板坯、薄板坯、钢坯、钢锭等。
15.如权利要求7至11中任一项或多项所述的装置，其特征在于，它用于控制用于轧机辅助设备例如卷取机、层流冷却段等的作为液压介质的空气、水、油例如HFC Ultra Safe、Quintolubric或矿物的液压油、作为润滑剂的油等介质。
16.如权利要求7至11中任一项或多项所述的装置，其特征在于，它用于控制带材处理设备的作为液压介质的空气、水、油例如HFCUltra Safe、Quintolubric或矿物的液压油、作为润滑剂的油等介质。
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