CN102712038A - 用于连铸结晶器的浇铸液位的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液态金属（3）向连铸结晶器（1）中的流入量借助于闭塞装置（4）调节。部分凝固的金属连铸坯（7）借助于拉锭装置（8）从连铸结晶器（1）中拉出。将浇铸液位（9）的测得的实际值（hG）输入浇铸液位控制器（18），其根据实际值（hG）和对应的额定值（hG^*）得出用于闭塞装置（4）的额定位置（p^*）。将测得的实际值（hG）和闭塞装置（4）的额定位置（p）输入干扰量补偿器（20）。在干扰量补偿器（20）内得出用于浇铸液位（9）的期望值（hE）并将其从浇铸液位（9）的测得的实际值（hG）中减去。在干扰量补偿器（20）内将偏差（e）输入偏差控制器（23），其由此得出控制器输出信号（e’）。控制器输出信号（e’）与叠加因子（k）相乘。将与叠加因子（k）相乘后的控制器输出信号（e’）作为干扰量补偿值（z）叠加到额定位置（p^*）上。此外，将从实际位置（p）推导出的流入信号（Z）叠加到控制器输出信号（e’）上。在干扰量补偿器（20）内将叠加结果输入积分器（21），其输出信号（hE）对应于用于浇铸液位（9）的期望值（hE）。

Description

用于连铸结晶器的浇铸液位的控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于连铸结晶器的浇铸液位的控制方法，

-其中，液态金属向连铸结晶器中的流入量借助于闭塞装置调节并且部分凝固的金属连铸坯借助于拉锭装置从连铸结晶器中拉出，

-其中，将浇铸液位的测得的实际值输入浇铸液位控制器，浇铸液位控制器根据实际值和对应的额定值得出用于闭塞装置的额定位置并输入闭塞装置，

-其中，将测得的实际值和闭塞装置的实际位置输入干扰量补偿器，

-其中，在干扰量补偿器内得出用于浇铸液位的期望值并将期望值从浇铸液位的测得的实际值中减去。

背景技术

这种控制方法例如是由US 5，921，313 A已知的。在已知的控制方法中存在有补偿鼓肚振动（Bulgingschwingungen）的振动补偿器。

此外本发明涉及一种计算机程序产品，它包括机器代码，机器代码能被用于连铸设备的控制装置直接执行并且机器代码通过控制装置的执行使得控制装置按照这样的控制方法来控制连铸设备的连铸结晶器的浇铸液位。

本发明还涉及一种用于连铸设备的控制装置，该控制装置这样设计，即控制装置在运行中实施这种控制方法。

最后本发明涉及一种连铸设备，其由这种控制装置控制。

此外，连铸结晶器中的浇铸液位会由于突然的干扰以意外的方式被影响。这种意外干扰的例子有所谓的“堵塞（Clogging）”与“疏通（Unclogging）”，意即氧化铝在结晶器的流入管内突然烧结或中断。同样地，浇铸液位会由于金属连铸坯的急速拉锭以意外的方式被影响。浇铸液位的各种干扰意味着连铸坯的质量损失。因此浇铸液位的波动应该尽可能地保持在低水平。

在现有技术中，浇铸液位控制器通常情况下设计成PI（比例积分）-控制器或PID（比例积分微分）-控制器，其额外具有多个用于对抗特定干扰的附加功能。此类附加功能的一个例子是上面提到的对鼓肚振动的补偿。在现有技术中需要浇铸液位控制器的积分部分来找到并保持用于闭塞装置的稳定的额定位置。

在发生突然的流入干扰或拉出干扰时，浇铸液位控制器必须快速反应。特别是浇铸液位控制器的积分部分必须迅速调到新的用于闭塞装置的新的额定位置。再调时间短的积分部分虽然会很快反应，但为此会过冲。再调时间大的积分部分虽然不会过冲，但对此会反应过慢。在两种情况下，浇铸液位都不能以期望的程度重新快速并仍然可靠地衰减地返回到其额定值。

发明内容

本发明的目的在于，实现能达到更准确的控制的可能性。

该目的通过一种具有权利要求1的特征的控制方法实现。根据本发明的控制方法的有利的设计方案是从属权利要求2至9的内容。

根据本发明提出，这样设计开头所述类型的控制方法：

-在干扰量补偿器内将偏差输入偏差控制器，偏差控制器由此得出控制器输出信号，

-控制器输出信号一方面与叠加因子（Aufschaltfaktor）相乘并且将与叠加因子相乘后的控制器输出信号作为干扰量补偿值叠加到额定位置上，

-另一方面将从实际位置推导出的流入信号叠加到控制器输出信号上并且在干扰量补偿器内将叠加结果输入积分器，积分器的输出信号对应于用于浇铸液位的期望值。

在本发明的一个优选的设计方案中提出，将用于浇铸液位的期望值未延迟地从浇铸液位的测得的实际值中减去。通过这种方法能够实现对于浇铸液位干扰的快速反应。

优选地提出，叠加因子在控制方法开始时具有初始值并且在实施控制方法期间不断被提高到终值。通过这种方法特别有可能无干扰地接入干扰量补偿器。当叠加因子的初始值是零并且叠加因子的终值是一时，这种方法尤其适用。

通常情况下，浇铸液位控制器设计为带有积分特性（Integralverhalten）的控制器，例如设计为PI（比例积分）-控制器或者是PID（比例积分微分）-控制器。基于它的积分特性，浇铸液位控制器具有再调时间。再调时间反映浇铸液位控制器对干扰产生反应的速度的特征。特别地，浇铸液位控制器在再调时间短的情况下对干扰快速做出反应，但容易过冲。反过来在再调时间大的情况下浇铸液位控制器虽然稳定地对浇铸液位干扰产生反应，但为此反应要慢些。在本发明的一个优选的设计方案中提出，浇铸液位控制器的再调时间在叠加因子增大期间和/或之后从初始值被提高到终值。不言自明地，再调时间的初始值和终值相对于叠加因子的初始值和终值是不同的值。

再调时间的终值可能是有限的。在这种情况下，浇铸液位控制器的积分部分在各个操作状况下被保留。然而同样地，再调时间的终值可能是无限的。这点对应于浇铸液位控制器的积分部分的完全切断。当浇铸液位控制器被设计成例如是PI（比例积分）-控制器时，它在再调时间无限时仅还作为P（比例）-控制器工作。同样地，例如PID（比例积分微分）-控制器可以通过提高再调时间到无限值被简化为PD（比例微分）-控制器。

偏差控制器（至少）设计为比例控制器。因此它具有比例放大。在本发明的一个优选的设计方案中，比例放大在叠加因子增大期间和/或之后从初始值被提高到终值。其中，比例放大的初始值和终值相对于叠加因子的初始值和终值是不同的值。

偏差控制器的比例放大的提高及浇铸液位控制器的再调时间的增大相互之间无关。因此，只提高一个值并保持另一个值恒定或者将两个值都提高是可能的。即使在两个值都增大的情况下，提高过程也可以在相对彼此不同的时间窗口中进行。

偏差控制器的比例放大的初始值可以根据需要决定。该初始值优选地等于浇铸液位控制器的比例放大。

偏差控制器可以设计为例如PI（比例积分）-控制器或更加复杂的控制器。但是优选地，偏差控制器设计为单纯的P（比例）-控制器。

此外，本发明的目的通过一种开头所述类型的计算机程序产品实现，其中，计算机程序产品的执行使得控制装置按照根据本发明的控制方法控制连铸结晶器的浇铸液位。计算机程序产品例如能以机器可读的形式存储在数据载体上。数据载体特别可能是控制装置的组成部分。

该目的还可以通过一种用于连铸设备的控制装置实现，该控制装置这样设计，即控制装置在运行中实施根据本发明的控制方法。最后，该目的通过一种连铸设备实现，其由根据本发明的控制装置控制。

附图说明

其它优点和细节由以下结合示意图对实施例进行的描述给出。原理图中示出了：

图1示意性地示出连铸设备，

图2示出控制布置的控制技术方面的框图，

图3示意性地示出干扰量补偿器的内部结构，以及

图4和5示出时间图。

具体实施方式

根据图1，连铸设备具有连铸结晶器1。液态金属3、例如是钢或铝通过浸入管2被注入到连铸结晶器1中。液态金属3向连铸结晶器1中的流入量借助于闭塞装置4调节。图1中展示了将闭塞装置4做成塞头的设计。在这种情况下，闭塞装置4的位置对应于塞头的提升位置。可替换地，闭塞装置4也可设计成滑块。在这种情况下闭塞位置与滑块位置对应。

位于连铸结晶器1中的液态金属3借助于冷却装置被冷却，因此形成连铸坯壳5。然而金属连铸坯7的坯心6仍是液态。其稍后才凝固。冷却装置没有在图1中一起被示出。部分凝固的金属连铸坯7（凝固的连铸坯壳5，液态的坯心6）借助于拉锭装置8从连铸结晶器1中被拉出。

连铸结晶器1中的液态金属3的浇铸液位9应该尽可能保持恒定。部分凝固的金属连铸坯7从连铸结晶器1中被拉出的拉锭速度v通常是不变的。因此-在现有技术以及本发明中-闭塞装置4的位置被跟踪，以便这样调节液态金属3向连铸结晶器1中的流入量，即浇铸液位9尽可能地保持恒定。

借助于对应的测量装置10（其本身是已知的），浇铸液位9的实际值hG被检测到。将实际值hG输入用于连铸设备的控制装置11。控制装置11按照下面将进一步说明的控制方法得出闭塞装置4该采纳的额定位置p^*。然后闭塞装置4被控制装置11对应地操纵。通常地，控制装置11为了闭塞装置4向调整装置12输出对应的调节信号。调整装置12例如可以是液压缸单元。

此外通常借助于对应的测量装置13（其本身是已知的）检测闭塞装置4的实际位置p并输入控制装置11。通常因此实现闭塞位置的控制（闭环控制）。可替换地，单纯的控制也是可能的（开环控制）。

控制装置11这样设计，即它在运行时实施根据本发明的控制方法。通常控制装置11的作用方式通过计算机程序14决定，通过该计算机程序对控制装置11进行编程。为了这个目的，计算机程序14存储在控制装置11内部的数据载体15、例如Flash-EPROM（闪存-可擦除可编程式只读内存）中。数据载体15是控制装置11的组成部分。存储以机器可读的形式进行。

计算机程序14可以通过移动式数据载体16、例如USB（通用串行总线）-记忆棒（示出）或者SD（安全数码）-存储卡（未示出）输入控制装置11。在移动式数据载体16上，计算机程序14也以机器可读的形式存储。可替换地，通过计算机网络连接或编程设备可以将计算机程序14输入控制装置11。

计算机程序14包括机器代码17，机器代码能够被控制装置11直接执行。机器代码17通过控制装置11的执行使得控制装置11按照根据本发明的控制方法调整连铸结晶器1的浇铸液位9。以下结合图2和3进一步说明该控制方法。

图2示出了由控制装置11实现的控制布置。根据图2的控制布置的运行使根据本发明的用于连铸结晶器1的浇铸液位9的控制方法得以实现。

按照图2，控制布置具有浇铸液位控制器18。浇铸液位控制器18根据用于浇铸液位9的额定值hG^*和借助于测量装置10检测到的、用于浇铸液位9的实际值hG并按照控制器特性得出用于闭塞装置4的额定位置p^*。按照图2的表达，浇铸液位控制器18的控制特性是比例-积分。然而可替换地，其它控制特性是可能的，例如PID（比例积分微分）。但和其具体设计无关地，浇铸液位控制器18优选地设计为带有积分特性的控制器。

将用于闭塞装置4的额定位置p^*输入闭塞装置4。正如已经提到的，一般而言闭塞装置4的调节是受控制的。在这种图2中示出的情况下，将额定位置输入位置控制器19，另外也将闭塞装置4的实际位置p输入该位置控制器。位置控制器19可以设计为例如P（比例）-控制器。

基于由此调节的液态金属3的流入量，闭塞装置4的实际位置p影响实际的浇铸液位9。浇铸液位9的实际值hG被检测到，并且如之前提到地那样被输入浇铸液位控制器18。

对浇铸液位9有影响的干扰量可能会影响连铸结晶器1。为了补偿这些干扰量设置有干扰量补偿器20。将浇铸液位9的测得的实际值hG以及闭塞装置4的实际位置p输入干扰量补偿器20。

以下结合图3进一步说明干扰量补偿器20的构造和作用方式。

根据图3，干扰量补偿器20还包括积分器21。积分器21的积分时间常数TK优选地通过连铸结晶器1的横截面、用于浇铸液位9的实际值hG的测量装置10的测量范围δhG和用于实际位置p的测量装置13的测量范围δp以及闭塞装置4的特征曲线K确定。特别是积分时间常数TK可以判定为

$\mathrm{TK}=\frac{\mathrm{\δhG}}{\mathrm{\δp}}\·K.$

特征曲线K的具体数值由闭塞装置4的假设工作点，也就是说在液态金属3向连铸结晶器1中的流入量与在给定拉锭速度v的条件下被拉出的金属量处于平衡状态时，得出闭塞装置4的位置。

在干扰量补偿器20的内部，将输入值输入积分器21，稍后还将对该输入值加以探讨。通过对输入值对应于积分时间常数TK求积分，积分器21得出输出信号hE。输出信号hE对应于用于浇铸液位9的期望值hE。

期望值hE在干扰量补偿器20内被输入节点22，此外将浇铸液位9的实际值hG输入该节点。在节点22中，将期望值hE从实际值hG中减去。以下用附图标记e标明偏差。

用于浇铸液位9的测量装置10有延迟问题。因此浇铸液位9的实际值hG具有一段延迟时间。相对应地通过延迟元件主动推迟期望值hE是可能的。为了这个目的，延迟元件需被布置在积分器21和节点22之间。但是优选地不设置这种延迟元件。因此用于浇铸液位9的期望值hE被优选地未延迟地从浇铸液位9的测得的实际值hG中减去。

偏差e在干扰量补偿器20内被输入偏差控制器23。偏差控制器23根据偏差e得出控制器输出信号e’。偏差控制器23可以根据需要设计。例如偏差控制器23可以设计为PI（比例积分）-控制器。优选地，偏差控制器23设计为单纯的P（比例）-控制器。然而不论其具体设计，偏差控制器23具有比例放大kP。

控制器输出信号e’从一开始已经对应干扰量补偿值z，其应被叠加到闭塞装置4的额定位置p^*上。但是在叠加之前，控制器输出信号e’在乘法器24中与叠加因子k相乘。叠加因子k和控制器输出信号e’的乘积对应于干扰量补偿值z。

叠加因子k可以具有定值。特别可能的是，叠加因子k固定不变地具有值一。然而优选地，对应于图4的描绘，叠加因子k在控制方法开始时具有初始值kA并在实施控制方法期间不断被提高到终值kE。特别有可能的是，初始值kA是零并且终值kE是一。

另外在干扰量补偿器20内，流入量信号Z被叠加到控制器输出信号e’上。流入量信号Z根据图3从闭塞装置4的实际位置p中推导出。特别是按照图3可以用这样的方式确定流入量信号Z，即根据闭塞装置4的实际位置p及闭塞装置4的特征曲线K得出在给定闭塞装置4的实际位置p的情况下产生的流入量Z。叠加结果在干扰量补偿器20内作为积分器21的输入信号被输入该积分器。

如之前提到地，浇铸液位控制器18优选地设计为带有积分特性的控制器。因此浇铸液位控制器18优选地具有再调时间TN。再调时间TN反映浇铸液位控制器18的积分特性的特征。

浇铸液位控制器18的再调时间TN在时间上保持不变是可能的。然而优选地，对应于图4和5的示意图，浇铸液位控制器18的再调时间TN在叠加因子k增大期间和/或之后从初始值TA被提高到终值TE。图4示出了在叠加因子k增大期间再调时间TN的提高。图5示出了在增大叠加因子k之后再调时间TN的提高。其它设计方案也是可能的。例如再调时间TN的提高可以随着叠加因子k的增大开始并且在叠加因子k达到其终值kE的时间点之后仍被保持。同样可能的是，在叠加因子k虽然已经大于其初始值kA、但还小于其终值kE的时间点开始提高再调时间TN。

对应于图4和5的连续线，再调时间TN的终值TE可能是有限的。在这种情况下，就算达到再调时间TN的终值TE，也会保持浇铸液位控制器18的-即使是减弱的-积分特性。可替换地，对应于图4和5的虚线，再调时间TN有可能被提高到终值TE=无限。在这种情况下，浇铸液位控制器18的积分特性被完全压制。

以类似的方式，偏差控制器23的比例放大kP有可能在整个控制方法实施期间保持恒定。然而对应于图4和5的示意图，比例放大kP优选地在叠加因子k增大期间（见图4）和/或之后（见图5）从初始值kPA被提高到终值kPE。类似于再调时间TN的提高，这里一些设计方案也是可能的，例如偏差控制器23的比例放大kP的提高虽然与叠加因子k的增大一起开始，但在叠加因子k达到其终值kE的时间点之后仍会延续。同样可能的是，例如在叠加因子k具有位于其初始值kA和其终值kE之间的中间值时开始进行偏差控制器23的比例放大kP的提高。

偏差控制器23的比例放大kP的初始值kPA可以根据需要选择。初始值kPA优选地等于浇铸液位控制器18的比例放大k’。

偏差控制器23的比例放大kP的提高和浇铸液位控制器18的再调时间TN的提高可以彼此独立地实现。特别是只提高偏差控制器23的比例放大kP、将浇铸液位控制器18的再调时间TN与之相反地保持不变是可能的。同样地反过来，只提高浇铸液位控制器18的再调时间TN、反之保持偏差控制器23的比例放大恒定也是可能的。然而特别优选地是，既提高偏差控制器23的比例放大kP也提高浇铸液位控制器18的再调时间TN。在最后提到的这种情况下，在同一时间窗口内进行偏差控制器23的比例放大kP的提高和浇铸液位控制器18的再调时间TN的提高是有可能的。然而可替换地，在彼此不同的时间窗口内进行提高是可能的，其中需要时可以存在重叠区域。

本发明具有很多优点。特别是在根据本发明的控制方法中，干扰量补偿器20尽可能地承担对闭塞装置4的稳定额定位置p^*的判定。同时干扰量补偿器20的动态运行比浇铸液位控制器18的积分部分更加有利。由于积分部分只需要平衡少量误差，故而可以选择更大的浇铸液位控制器18的再调时间TN。在个别情况下甚至可以完全不考虑积分部分（再调时间TN趋向于无限）。因此利用根据本发明的控制方法能够在向连铸结晶器1中输入液态金属3时以及从连铸结晶器1中拉出金属连铸坯7时明显更好地对突然的干扰作出反应，并从而更好地保持浇铸液位9恒定。

上述描述仅用于说明本发明。而本发明的保护范围应仅由所附的权利要求决定。

Claims (14)

1.一种用于连铸结晶器（1）的浇铸液位（9）的控制方法，

-其中，液态金属（3）向所述连铸结晶器（1）中的流入量借助于闭塞装置（4）调节并且部分凝固的金属连铸坯（7）借助于拉锭装置（8）从所述连铸结晶器（1）中拉出，

-其中，将所述浇铸液位（9）的测得的实际值（hG）输入浇铸液位控制器（18），所述浇铸液位控制器根据所述实际值（hG）和对应的额定值（hG^*）得出用于所述闭塞装置（4）的额定位置（p^*）并输入所述闭塞装置（4），

-其中，将所述测得的实际值（hG）和所述闭塞装置（4）的实际位置（p）输入干扰量补偿器（20），

-其中，在所述干扰量补偿器（20）内得出用于所述浇铸液位（9）的期望值（hE）并将所述期望值从所述浇铸液位（9）的所述测得的实际值（hG）中减去，

-其中，在所述干扰量补偿器（20）内将偏差（e）输入偏差控制器（23），所述偏差控制器由此得出控制器输出信号（e’），

-其中，所述控制器输出信号（e’）一方面与叠加因子（k）相乘并且将与所述叠加因子（k）相乘后的所述控制器输出信号（e’）作为干扰量补偿值（z）叠加到所述额定位置（p^*）上,

-其中，另一方面将从所述实际位置（p）推导出的流入信号（Z）叠加到所述控制器输出信号（e’）上并且在所述干扰量补偿器（20）内将叠加结果输入积分器（21），所述积分器的输出信号（hE）对应于用于所述浇铸液位（9）的所述期望值（hE）。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，将用于所述浇铸液位（9）的所述期望值（hE）未延迟地从所述浇铸液位（9）的所述测得的实际值（hG）中减去。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述叠加因子（k）在所述控制方法开始时具有初始值（kA）并且在实施所述控制方法期间不断被提高到终值（kE）。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述叠加因子（k）的所述初始值（kA）是零并且所述叠加因子（k）的所述终值（kE）是一。

5.根据权利要求3或4所述的控制方法，其特征在于，所述浇铸液位控制器（18）设计为带有积分特性的控制器并且所述浇铸液位控制器（18）的再调时间（TN）在所述叠加因子（k）增大期间和/或之后从初始值（TA）被提高到终值（TE）。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述再调时间（TN）的所述终值（TE）是无限的。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述偏差控制器（23）具有比例放大（kP）并且所述比例放大（kP）在所述叠加因子（k）增大期间和/或之后从初始值（kPA）被提高到终值（kPE）。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述偏差控制器（23）的所述比例放大（kP）的所述初始值（kPA）等于所述浇铸液位控制器（18）的比例放大（k’）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述偏差控制器（23）设计为单纯的P-控制器。

10.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括机器代码（17），所述机器代码能被用于连铸设备的控制装置（11）直接执行并且所述机器代码通过所述控制装置（11）的执行使得所述控制装置（11）按照根据前述权利要求中任一项所述的控制方法来控制所述连铸设备的连铸结晶器（1）的浇铸液位（9）。

11.根据权利要求10所述的计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品以机器可读的形式存储在数据载体（15，16）上。

12.根据权利要求11所述的计算机程序产品，其特征在于，所述数据载体（15）是所述控制装置（11）的组成部分。

13.一种用于连铸设备的控制装置，其特征在于，所述控制装置这样设计，即所述控制装置在运行中实施根据权利要求1至9中任一项所述的控制方法。

14.一种连铸设备，其特征在于，所述连铸设备由根据权利要求13所述的控制装置（11）控制。

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