CN102402229A - 一种连铸中间包钢水液位控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连铸中间包钢水液位控制装置，包括钢水液位检测单元、信号处理单元、PLC控制单元、滑动水口执行单元、操作单元、报警器和人机接口单元，信号处理单元两端分别与钢水液位检测单元和PLC控制单元连接，PLC控制单元分别与滑动水口执行单元、操作单元、报警器和人机接口单元连接。本发明还涉及一种钢水液位控制方法，在中间包上安装上述控制装置，检测中间包钢水液位并输出电流信号，再经信号处理单元转换为标准电流信号，经PLC控制单元后输出控制信号控制滑动水口执行单元进行开关操作，从而控制中间包钢水液位，本发明检测准确、稳定，可广泛用于钢铁冶炼技术领域。

Description

一种连铸中间包钢水液位控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种控制装置，特别是涉及一种连铸中间包钢水液位控制装置及方法。

背景技术

中间包在正常工作中，需要时时检测钢水的液位状况，目前，用于检测钢水液位的装置结构不合理，使用不稳定，检测结果不够准确，极大的影响了钢铁冶炼质量。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种结构设计合理，检测结果准确的连铸中间包钢水液位控制装置及方法。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种连铸中间包钢水液位控制装置，包括钢水液位检测单元、信号处理单元、PLC控制单元、滑动水口执行单元、操作单元、报警器和人机接口单元，信号处理单元两端分别与钢水液位检测单元和PLC控制单元连接，PLC控制单元分别与滑动水口执行单元、操作单元、报警器和人机接口单元连接。

所述的钢水液位检测单元包括钢水液位传感器和冷却器，钢水液位传感器内设有电磁线圈，钢水液位传感器一端与冷却器连接，一端与信号处理单元连接。

所述的信号处理单元包括信号接收器、信号隔离器、信号处理器和信号输出器，信号接收器、信号隔离器、信号处理器和信号输出器依次连接。

所述的PLC控制单元包括电源模块、CPU模块、数字信号输入模块、数字信号输出模块、数字信号输出模块、模拟信号输出模块、输出继电器和信号隔离器，电源模块与CPU模块连接，CPU模块分别与数字信号输入模块、数字信号输出模块、数字信号输出模块和模拟信号输出模块连接，数字信号输出模块与输出继电器连接，模拟信号输出模块与信号隔离器连接。

所述的滑动水口执行单元包括液压电磁阀和滑动水口液压缸，液压电磁阀一端与滑动水口液压缸连接，一端与PLC控制单元连接。

所述的操作单元设有按钮和指示灯，按钮和指示灯分别与PLC控制单元连接。

所述的人机接口单元计算机和通讯模块，计算机通过通讯模块与PLC控制单元连接。

一种连铸中间包钢水液位控制方法，在中间包上安装上述的钢水液位控制装置，检测中间包钢水液位并输出电流信号，电流信号经信号处理单元处理后转换为标准的电流信号，PLC控制单元对标准电流信号进行采集、处理和计算，输出控制信号控制滑动水口执行单元进行开关操作，调节流入中间包的钢水流量，控制中间包钢水液位，该方法的具体步骤为：

1)将钢水液位传感器安装在中间包上，检测中间包的钢水的液位并向信号处理单元输出的电流信号；

2)采用信号处理单元对接收的电流信号进行滤波、处理、隔离操作，最后转换输出为标准的电流信号；

3)采用PLC控制单元对所述的标准电流信号进行采集和计算处理，直接得到中间包内钢水的液面高度，并结合液位高度设定值Lsd和控制精度Xk进行计算分析：

a、当检测单元的检测结果Lsj高于设定范围，即Lsj-Lsd＞Xk时，根据Lsj-Lsd的值计算出相应的控制调整参数，同时产生相应宽度的宽脉冲信号输出到隔离器中，隔离器采用继电器隔离，通过继电器隔离输出相应宽度的脉冲信号到液压电磁阀，液压电磁阀控制滑动水口液压缸进行关小操作，从而减少了通过滑动水口的钢水流量，降低了中间包内钢水的液位；

b、当检测单元的检测结果Lsj低于设定范围，即Lsj-Lsd＜-Xk时，根据Lsj-Lsd的值计算出相应的控制调整参数，同时产生相应宽度的宽脉冲信号输出到隔离器中，通过隔离器隔离输出相应宽度的脉冲信号到液压电磁阀，液压电磁阀控制滑动水口液压缸进行开大操作，从而增加了通过滑动水口的钢水流量，提升了中间包内钢水的液位；

c、当检测单元的检测结果为-Xk＜Lsj-Lsd＜Xk时，说明中间包的钢水液位适中，无需调节。

与现有技术相比，本发明的发明的有益效果是：

本发明装置结构设计合理，稳定可靠；本发明方法操作简单，检测结果稳定准确，从而保证了正常生产的顺利进行。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为钢水液位检测单元结构框图；

图3为信号处理单元结构框图；

图4为PLC控制单元结构框图；

图5为滑动水口执行单元结构框图；

图6为操作单元结构框图；

图7为人机接口单元结构框图。

具体实施方式

一种连铸中间包钢水液位控制装置，如图1所示，包括钢水液位检测单元、信号处理单元、PLC控制单元、滑动水口执行单元、操作单元、报警器和人机接口单元，信号处理单元两端分别与钢水液位检测单元和PLC控制单元连接，PLC控制单元分别与滑动水口执行单元、操作单元、报警器和人机接口单元连接。

如图2所示，钢水液位检测单元包括钢水液位传感器和冷却器，钢水液位传感器内设有电磁线圈，钢水液位传感器一端与冷却器连接，一端与信号处理单元连接。钢水液位传感器主要有两个电磁线圈，给电磁线圈通入24V直流电，采用电磁涡流原理对中间包钢水液位进行检测，并将检测结果的电流信号输出；由于环境的温度较高，电子设备正常运行必须要进行冷却，保证钢水液位传感器的内部温度小于80℃，冷却介质是净环冷却水，压力为0.4～0.6MP，流量大于8m³/H。

如图3所示，信号处理单元包括信号接收器、信号隔离器、信号处理器和信号输出器，信号接收器、信号隔离器、信号处理器和信号输出器依次连接。

本发明装置的钢水液位检测单元和信号处理单元输出信号为标准的电流信号，克服了电压信号长距离衰减和抗干扰性差的弱点；输出信号为具有不同宽度的宽脉冲信号或是标准的电流信号；中间包钢水液位检测单元，设于中间包上，对中间包钢水液位进行检测并输出电流信号，比压力传感器测量值准确，原因在于压力传感器的输出信号为重量值，不是液位值，压力传感器的测量重量值等于钢水的重量与中间包本体重量与中间包内渣子的重量之和，通过经验计算估算出钢水重量，也就是说通过压力传感器测量的中间包重量来进行控制的对象是中间包总重量，而不是中间包液位；即：Z＝aX+bY+c，(Z为压力传感器的重量值，X为中间包内钢水重量值，Y为中间包内渣重量值，a、b为系数(常数)，c为中间包本体重量值(常数)，在Z保持不变的情况下，X、Y是一条直线上的一组数，所以说控制了Z而没有控制X。

中间包钢水液位检测单元设于中间包上的固定安装槽中，安装槽的形状尺寸与钢水液位传感器形状尺寸吻合，无需螺丝和夹具的固定，当现场出现意外事故时，液位传感器只需要一个人拿起来即可，拆装特别方便快捷，更换一次只需要一个人用30秒的时间，而压力传感器则安装在中间包底座或中间包辊道上，当现场出现意外事故时，必定会损坏无法使用，而且更换起来特别麻烦，时间要十几小时甚至是几十小时；

如图4所示，PLC控制单元包括电源模块、CPU模块、数字信号输入模块、数字信号输出模块、数字信号输出模块、模拟信号输出模块、输出继电器和信号隔离器，电源模块与CPU模块连接，CPU模块分别与数字信号输入模块、数字信号输出模块、数字信号输出模块和模拟信号输出模块连接，数字信号输出模块与输出继电器连接，模拟信号输出模块与信号隔离器连接。

采用PLC控制单元，比工控机大大提高了工作的稳定性和可靠性，而且PLC控制单元包括了输出信号隔离器和输出继电器，使得输出的信号更加安全可靠；

如图5所示，滑动水口执行单元包括液压电磁阀和滑动水口液压缸，液压电磁阀一端与滑动水口液压缸连接，一端与PLC控制单元连接。滑动水口控制单元的液压电磁阀可以是两位四通的单向阀，也可以是私服阀，两位四通的单向阀通过不同宽度的宽脉冲信号控制，私服阀通过标准的电流信号来控制。

如图6所示，操作单元设有按钮和指示灯，按钮和指示灯分别与PLC控制单元连接。按钮包括急停按钮、现场和远程选择开关、手动和自动选择开关、手动开按钮、手动关按钮，连接至PLC控制单元，急停按钮用于紧急情况下的紧急关闭操作；现场和远程选择开关用于机旁和远程选择操作，手动和自动选择开关用于手动和自动选择操作，手动开按钮和手动关按钮用于现场的手动开关操作。

现场和远程的操作单元给操作带来了灵活、简单和方便，操作员可以根据现场的不同情况进行操作选择；

如图7所示，人机接口单元计算机和通讯模块，计算机通过通讯模块与PLC控制单元连接。

人机接口单元设于中央控制室内，中央操作员可以看到所有关于中间包钢水液位控制的信息，而且中央操作员可以根据不同的情况更改控制参数，适应于不同的生产情况，数据库的数据记录将给控制优化提供可靠的数据基础。

一种连铸中间包钢水液位控制方法，在中间包上安装上述的钢水液位控制装置，检测中间包钢水液位并输出电流信号，钢水液位传感器有冷却器进行冷却，保证钢水液位传感器的正常工作；信号处理单元3接收钢水液位检测单元2输出的电流信号，对电流信号进行滤波、处理、隔离，并转换输出为标准的电流信号；PLC控制单元对标准电流信号进行采集、处理和计算，输出控制信号控制滑动水口执行单元进行开关操作，调节流入中间包的钢水流量，控制中间包钢水液位，该方法的具体步骤为：

1)将钢水液位传感器安装在中间包上，检测中间包的钢水的液位并向信号处理单元输出的电流信号；

2)采用信号处理单元对接收的电流信号进行滤波、处理、隔离操作，最后转换输出为标准的电流信号；

3)采用PLC控制单元对所述的标准电流信号进行采集和计算处理，直接得到中间包内钢水的液面高度，并结合液位高度设定值Lsd和控制精度Xk进行计算分析：

a、当检测单元的检测结果Lsj高于设定范围，即Lsj-Lsd＞Xk时，根据Lsj-Lsd的值计算出相应的控制调整参数，同时产生相应宽度的宽脉冲信号输出到隔离器中，隔离器采用继电器隔离，通过继电器隔离输出相应宽度的脉冲信号到液压电磁阀，液压电磁阀控制滑动水口液压缸进行关小操作，从而减少了通过滑动水口的钢水流量，降低了中间包内钢水的液位；

b、当检测单元的检测结果Lsj低于设定范围，即Lsj-Lsd＜-Xk时，根据Lsj-Lsd的值计算出相应的控制调整参数，同时产生相应宽度的宽脉冲信号输出到隔离器中，通过隔离器隔离输出相应宽度的脉冲信号到液压电磁阀，液压电磁阀控制滑动水口液压缸进行开大操作，从而增加了通过滑动水口的钢水流量，提升了中间包内钢水的液位；

c、当检测单元的检测结果为-Xk＜Lsj-Lsd＜Xk时，说明中间包的钢水液位适中，无需调节。

本发明方法可以通过远程操作进行自动、手动切换，本地、远程切换，而且可以通过人机接口在线实时修改目标设定值和控制精度，以满足不同的控制要求；还可以通过人机接口设定液位的极限值，当实际钢水液位超过这个极限值时，通过报警器进行声光报警和紧急操作。

Claims (8)

1.一种连铸中间包钢水液位控制装置，其特征在于，包括钢水液位检测单元、信号处理单元、PLC控制单元、滑动水口执行单元、操作单元、报警器和人机接口单元，信号处理单元两端分别与钢水液位检测单元和PLC控制单元连接，PLC控制单元分别与滑动水口执行单元、操作单元、报警器和人机接口单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种连铸中间包钢水液位控制装置，其特征在于，所述的钢水液位检测单元包括钢水液位传感器和冷却器，钢水液位传感器内设有电磁线圈，钢水液位传感器一端与冷却器连接，一端与信号处理单元连接。

3.根据权利要求1所述的一种连铸中间包钢水液位控制装置，其特征在于，所述的信号处理单元包括信号接收器、信号隔离器、信号处理器和信号输出器，信号接收器、信号隔离器、信号处理器和信号输出器依次连接。

4.根据权利要求1所述的一种连铸中间包钢水液位控制装置，其特征在于，所述的PLC控制单元包括电源模块、CPU模块、数字信号输入模块、数字信号输出模块、数字信号输出模块、模拟信号输出模块、输出继电器和信号隔离器，电源模块与CPU模块连接，CPU模块分别与数字信号输入模块、数字信号输出模块、数字信号输出模块和模拟信号输出模块连接，数字信号输出模块与输出继电器连接，模拟信号输出模块与信号隔离器连接。

5.根据权利要求1所述的一种连铸中间包钢水液位控制装置，其特征在于，所述的滑动水口执行单元包括液压电磁阀和滑动水口液压缸，液压电磁阀一端与滑动水口液压缸连接，一端与PLC控制单元连接。

6.根据权利要求1所述的一种连铸中间包钢水液位控制装置，其特征在于，所述的操作单元设有按钮和指示灯，按钮和指示灯分别与PLC控制单元连接。

7.根据权利要求1所述的一种连铸中间包钢水液位控制装置，其特征在于，所述的人机接口单元计算机和通讯模块，计算机通过通讯模块与PLC控制单元连接。

8.采用权利要求1至7所述的任一项装置的连铸中间包钢水液位控制方法，其特征在于，在中间包上安装上述的钢水液位控制装置，检测中间包钢水液位并输出电流信号，电流信号经信号处理单元处理后转换为标准的电流信号，PLC控制单元对标准电流信号进行采集、处理和计算，输出控制信号控制滑动水口执行单元进行开关操作，调节流入中间包的钢水流量，控制中间包钢水液位，该方法的具体步骤为：

1)将钢水液位传感器安装在中间包上，检测中间包的钢水的液位并向信号处理单元输出的电流信号；

2)采用信号处理单元对接收的电流信号进行滤波、处理、隔离操作，最后转换输出为标准的电流信号；

3)采用PLC控制单元对所述的标准电流信号进行采集和计算处理，直接得到中间包内钢水的液面高度，并结合液位高度设定值Lsd和控制精度Xk进行计算分析：

a、当检测单元的检测结果Lsj高于设定范围，即Lsj-Lsd＞Xk时，根据Lsj-Lsd的值计算出相应的控制调整参数，同时产生相应宽度的宽脉冲信号输出到隔离器中，隔离器采用继电器隔离，通过继电器隔离输出相应宽度的脉冲信号到液压电磁阀，液压电磁阀控制滑动水口液压缸进行关小操作，从而减少了通过滑动水口的钢水流量，降低了中间包内钢水的液位；

b、当检测单元的检测结果Lsj低于设定范围，即Lsj-Lsd＜-Xk时，根据Lsj-Lsd的值计算出相应的控制调整参数，同时产生相应宽度的宽脉冲信号输出到隔离器中，通过隔离器隔离输出相应宽度的脉冲信号到液压电磁阀，液压电磁阀控制滑动水口液压缸进行开大操作，从而增加了通过滑动水口的钢水流量，提升了中间包内钢水的液位；

c、当检测单元的检测结果为-Xk＜Lsj-Lsd＜Xk时，说明中间包的钢水液位适中，无需调节。

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