CN101985168B - 熔体阳极板定量浇铸控制方法 - Google Patents

Abstract

一种熔体阳极板定量浇铸控制方法，由设定的浇铸控制曲线与浇铸秤配合，对采集的称重信号进行分析，经PLC程序计算后对浇铸称量各阶段动作输出电压来控制浇铸包液压缸比例阀精确动作，定量浇铸，输出电压分为12个阶段：预启动电压、启动电压、出铜电压、加速电压、缓冲电压、匀速电压、减速电压、收包电压、出铜过渡电压、加速过渡电压、匀速过渡电压和减速过渡电压，其中出铜过渡电压、匀速过渡电压和减速过渡电压曲线为指数函数y＝a^x；加速过渡电压和自动调节电压曲线为对数函数y＝logaX，浇铸秤遵曲线运行至该段后，PLC取即时电压与设定电压进行加权平均，计算出y值作为输出电压，驱动比例阀准确放出熔体；本发明有效解决了熔体阳极板浇铸误差大的问题。

Description

熔体阳极板定量浇铸控制方法

技术领域

本发明是一种冶金领域的熔体阳极板定量浇铸控制方法。

背景技术

铜火法精炼是铜生产过程的重要工序，需要配备浇铸圆盘将精炼完成的铜水浇铸成阳极板，以供给电解工序使用。国内现有反射炉浇铸过程大多采用的是铜模深度即为阳极厚度的人工浇铸方法，阳极板的重量完全由人工控制，阳极板的质量与浇铸工的熟练程度、技术水平、责任心及工作状态有直接的关系，阳极板废品率较高。本技术目的在于提高设备自动化程度及运行可靠性，减少操作工人人数，降低工人劳动强度和劳动力成本，有效提高工作效率，提高阳极板浇铸合格率是减少自产冷料、提高产量、节能降耗的重要手段，降低废阳极板对生产能力的占用，最终降低生产成本。

发明内容

本发明的目的就是针对上述铜等金属熔体阳极板浇铸中存在的重量误差大、浇铸质量难以达到后续工序要求、工人劳动强度大及效率低等问题，提出一种熔体阳极板定量浇铸控制方法，以克服现有技术的问题或不足。

本发明提出的熔体阳极板定量浇铸控制方法，由设定的浇铸控制曲线与浇铸秤配合，对采集的称重信号进行分析，经PLC程序计算后对浇铸称量各阶段动作输出适应的电压作为输出电压来控制浇铸包液压缸比例阀精确动作，定量浇铸，其特征在于所述输出电压分为12个阶段：预启动电压、启动电压、出铜电压、加速电压、缓冲电压、匀速电压、减速电压、收包电压、出铜过渡电压、加速过渡电压、匀速过渡电压和减速过渡电压，其中出铜过渡电压、匀速过渡电压和减速过渡电压的曲线均为不同底数及不同指数的指数函数，即y＝a^x(a＞0且≠1)(x∈R)，其中y为需计算的自动过渡电压，X为设定电压与即时电压的加权平均数；加速过渡电压和自动调节电压的曲线为对数函数y＝logaX(其中a是常数，a＞0且a不等于1)，其中y为需计算的自动过渡电压，X为设定电压与即时电压的加权平均数，浇铸秤遵循浇铸曲线运行至该段后，PLC取即时电压与曲线设定电压进行加权平均后，根据函数曲线计算出平缓变化的电压y作为控制比例阀的输出电压，驱动比例阀准量放出熔体。

为有效避免启动及收包阶段重量干扰，控制曲线的预启动电压和收包电压采用模糊控制。

启动电压、出铜电压、加速电压、缓冲电压、匀速电压和减速电压为设定电压，其曲线为不同的常数函数，人为事先设定。

上述各输出电压的变化范围为0-10V DC。

所用浇铸秤为奥托昆普承重秤，浇铸包液压缸比例阀的型号为力士乐0811404601。

常数a的确定：浇铸曲线中使用的指数函数与对数函数的常数a，是经过联动水试车，观察传感器波动曲线，不同的常数a会导致传感器波动曲线发生不同幅度的波动，多次试车后，选择传感器波动曲线波动范围最小的一条，即使传感器受到干扰最小的一条曲线，进而确定常数a的值。

本发明将对比例阀的输出电压有机地划分为12个阶段，并对关键的出铜过渡电压、加速过渡电压、匀速过渡电压和减速过渡电压等四个关键电压按特定的数学模型进行平滑的自动调节，有效地解决了熔体浇铸过程中的精确定量问题。12段电压更具重量计算及浇铸曲线计算自动过渡功能，最大程度避免了浇铸包运动过程中的重力加速度及铜水晃动对浇铸秤传感器的重量影响，有效提高了浇铸的重量精度，阳极板重量误差控制在±2％范围内。

除铜的熔体而外，本发明还普遍适用于各种金属熔体的定量浇铸控制。只是针对不同种类的熔体，各种参数相应改变。

附图说明

图1是本发明输出电压控制方式示意图。

图2是本发明出铜速度调节示意图。

图1-2中：

设定电压：图1中预启动电压1，启动电压2，出铜电压3，加速电压4，缓冲电压5，匀速电压6，减速电压7，收包电压8均为设定电压，这8个电压均为手动设定，可以在上位机调试画面中进行人为更改。

即时电压：即时电压为PLC实际输出电压，当熔体重量达到设定值时的瞬时输出电压。

常数a的确定：浇铸曲线中使用的指数函数与对数函数的常数a，是经过联动水试车，观察传感器波动曲线，不同的常数a会导致传感器波动曲线发生不同幅度的波动，多次试车后，选择传感器波动曲线波动范围最小的一条，即使传感器受到干扰最小的一条曲线，进而确定常数a的值。

设定速度：设定速度为人为在PLC中设定的值，图2中出铜速度13，最高速度14，匀速速度15，减速速度16，收包速度17均为设定速度。

浇铸曲线与速度曲线的推进：浇铸曲线与速度曲线均根据熔体浇出的重量进行推进的，故图1并非常规函数坐标，横坐标实为浇出熔体重量，并非数学模型中的变量X。浇出熔体重量为从浇包中倾倒出的熔体重量(其值是通过称重传感器取入PLC，用浇铸启动前的总重量减去浇铸过程中浇包内熔体的重量而得到的)，在PLC的程序中进行人为设定，可根据不同浇铸条件进行设定。本浇铸程序中浇出熔体重量设定共有4个值，第一个为熔体流出阶段，即浇出熔体重量大于0；第二个为设定重量的20％；第三个为设定重量的40％；第四个为设定重量的80％。在浇铸曲线与速度曲线中，当浇铸包内熔体重量达到设定重量的某一段后，先与曲线中的设定值进行比较，然后进行计算，并根据计算结果输出比例阀电压值。

设定重量：设定重量即为所需浇铸的熔体重量。

具体实施方式

下面以铜阳极板的定量浇铸控制为例，结合附图对本发明的控制过程，以及有益的技术效果进一步说明。

开始自动定量浇铸前，设置所需浇铸铜阳极板设定重量，阳极板设定误差量。

设定图1中的预启动电压1，启动电压2，出铜电压3，加速电压4，缓冲电压5，匀速电压6，减速电压7，收包电压8。浇铸开始后，浇铸包比例阀根据各个阶段电压驱动液压缸动作，同时系统检测浇铸秤传感器信号，将此信号计算后与设定好浇铸数学模型自动比较，排除浇铸包运动对重量的干扰，准确找到铜水流出瞬间节点，并计算铜水瞬时流速、生成出铜过渡电压9，此后，进入之后控制阶段。此参数在第一次使用浇铸控制曲线时根据试车情况调节。在出铜过程中，定量浇铸曲线根据重量偏差计算并自动修正，修正结果显示为3个自动调节电压，分别为加速过渡电压10，匀速过渡电压11，减速过渡电压12。

设定图2中的出铜速度13，最高速度14，匀速速度15，减速速度16，收包速度17。此参数在第一次使用浇铸控制曲线时根据试车情况进行调节，该速度设定可实现对阳极浇铸时间进行调节。在出铜过程中，浇铸控制曲线根据铜水瞬时流速计算与设定速度比较并自动修正，修正结果显示为5个自动调节速度，分别为出铜速度调节18，最高速度调节19，匀速速度调节20，减速速度调节21，收包速度调节22。

在浇铸过程中，通过PLC对传感器数据取样，比例阀电压调节与浇铸速度均根据当前浇出熔体重量进行调节。第一步骤，浇铸包以启动电压2开始动作，当检测到浇包内铜水重量减小，即浇出熔体重量大于0，通过出铜过渡电压曲线，启动电压2向出铜电压3进行递减；第二步骤，浇铸包以出铜电压3进行动作，当熔液流速经过采样计算达到出铜速度13，浇出熔体重量达到设定量的20％后，根据加速过渡电压曲线，出铜电压3向加速电压4进行递增；第三步骤，当熔液流速到达设定的最高速度14，浇出熔体重量达到设定量的40％后，直接用缓冲电压5控制浇铸包动作，并根据匀速过渡电压曲线，向匀速电压6递减；第四步骤，熔液流速减至匀速速度15，熔液流速控制在匀速速度15，浇铸包以匀速电压6持续动作；第五步骤，当检测到浇包铜水流出重量达到设定重量的80％，匀速电压6通过匀速过渡电压曲线，向减速电压7递减，匀速速度15随之向减速速度16递减；第六步骤，熔液速度达到减速速度16后，通过熔液流出重量与总需浇铸重量相比较，计算收包溢流量，并与设置的收包电压8进行比较计算，得到收包实际电压值，当熔液流速低于收包速度17后，用收包实际电压控制浇铸包进行收包动作。至此，一个自动浇铸流程结束，比例阀电压回归至预启动电压1。

本发明经申请人公司的实际生产试用，对重量在200-500Kg范围内的铜阳极板的浇铸重量误差均在2％以内，完全符合电解工艺的要求。

Claims (6)

1.一种熔体阳极板定量浇铸控制方法，由设定的浇铸控制曲线与浇铸秤配合，对采集的称重信号进行分析，经PLC程序计算后对浇铸称量各阶段动作输出适应的电压作为输出电压来控制浇铸包液压缸比例阀精确动作，定量浇铸，其特征在于，所述输出电压分为12个阶段：预启动电压、启动电压、出铜电压、加速电压、缓冲电压、匀速电压、减速电压、收包电压、出铜过渡电压、加速过渡电压、匀速过渡电压和减速过渡电压，其中加速过渡电压、匀速过渡电压和减速过渡电压为自动调节电压，出铜过渡电压、匀速过渡电压和减速过渡电压的曲线均为不同底数，不同指数的指数函数，即y=a^x，式中a>0且≠1， x∈R，其中y为需计算的出铜过渡电压、匀速过渡电压和减速过渡电压，X为设定电压与即时电压的加权平均数；加速过渡电压的曲线为对数函数y=log_aX，式中a是常数，a>0且a不等于1，其中y为需计算的加速过渡电压，X为设定电压与即时电压的加权平均数，浇铸秤遵循浇铸控制曲线运行至上述加速过渡电压、匀速过渡电压和减速过渡电压段时，PLC取即时电压与曲线设定电压进行加权平均后，根据函数曲线，计算出平缓变化的电压y作为控制比例阀的输出电压，驱动比例阀准量放出熔体。

2.根据权利要求1所述的熔体阳极板定量浇铸控制方法，其特征在于浇铸控制曲线的预启动电压和收包电压采用模糊控制。

3.根据权利要求1所述的熔体阳极板定量浇铸控制方法，其特征在于启动电压、出铜电压、加速电压、缓冲电压、匀速电压和减速电压为设定电压，其曲线为常数函数，人为事先设定。

4.根据权利要求1所述的熔体阳极板定量浇铸控制方法，其特征在于各输出电压的变化范围为0—10V DC。

5.根据权利要求1所述的熔体阳极板定量浇铸控制方法，其特征在于所用浇铸秤为奥托昆普承重秤，浇铸包液压缸比例阀的型号为力士乐0811 404 601。

6.根据权利要求1所述的熔体阳极板定量浇铸控制方法，其特征在于常数a的确定：浇铸控制曲线中使用的指数函数与对数函数的常数a，是经过联动水试车，观察传感器波动曲线，不同的常数a会导致传感器波动曲线发生不同幅度的波动，多次试车后，选择传感器波动曲线波动范围最小的一条，即使传感器受到干扰最小的一条曲线，进而确定常数a的值。