CN106468888B - 一种结晶器液位自动控制仿真系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结晶器液位自动控制仿真系统及方法，所述系统包括操作控制台、信息处理装置、显示装置；所述操作控制台为人机交互设备；所述信息处理装置包括可编程控制器PLC、上位机；所述显示装置为大屏幕显示器或虚拟现实设备；所述操作控制台与信息处理装置中的可编程控制器PLC相连接，所述可编程控制器PLC与所述上位机相连接，所述上位机与所述显示装置相连接。所述系统及方法，不需要复杂危险的真实仿真系统，所述系统严格按照真实结晶器功能设计，模拟对象丰富，仿真数据可靠、真实感强，可以有效培训结晶器控制人员。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟仿真技术领域，尤其涉及一种结晶器液位自动控制仿真系统及方法。
背景技术
连铸工艺中，由于实际操作易发生人身安全事故，使得对操作人员的培训有很大不便。为了使工作人员熟练操作，钢厂普遍采用自动化真实试验台，但是，这种实验平台造价昂贵、运行成本高、模拟训练功能单一、实践环节人员数量受限，因此，需要提供一种更加安全、节约的仿真系统。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种结晶器液位自动控制仿真系统及方法，用以解决现有自动化真实仿真系统所存在的问题。
本发明具体实施例中，SV代表设定值，PV代表实际值。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种结晶器液位自动控制仿真系统，其特征在于，
所述系统包括操作控制台、信息处理装置、显示装置；
所述操作控制台为人机交互设备；所述信息处理装置包括可编程控制器PLC、上位机；所述显示装置为大屏幕显示器或虚拟现实设备；
所述操作控制台与信息处理装置中的可编程控制器PLC相连接，所述可编程控制器PLC与所述上位机相连接，所述上位机与所述显示装置相连接。
所述操作控制台为触摸屏，包括用于输入操作指令参数的触摸控制模块和用于显示操作结果参数的信息显示模块。
所述触摸屏包括：
用于供操作人员输入PID控制参数和结晶器控制参数的数值输入区域；
用于显示输出参数的数值显示区域；
其中，
PID控制参数包括：比例、积分、微分参数；
结晶器控制参数包括：钢坯宽度、钢坯厚度、结晶器液位SV、钢坯拉速参数；
输出参数包括：冷却水流量、出口坯壳厚度、塞棒开度SV、塞棒开度PV、结晶器液位PV参数。
所述可编程控制器PLC用于接收操作控制台输入的控制指令，根据 PID参数及结晶器液位SV与结晶器液位PV的差值进行PID调节得到塞棒开度，其中，结晶器液位PV的初始值为0。
所述PLC调用对象模型处理塞棒开度和钢坯拉速参数，得到反馈的结晶器液位PV和出口坯壳厚度，根据PID参数及结晶器液位SV与结晶器液位PV的差值进一步进行PID调节，直到结晶器液位PV稳定到结晶器液位SV附近，调节结束。
PLC将塞棒开度、钢坯拉速、结晶器液位PV参数发送给上位机，供上位机控制虚拟设备的动作。
PLC向操作控制台反馈冷却水流量、出口坯壳厚度、塞棒开度SV、塞棒开度PV、结晶器液位PV参数。
所述PLC还包括异常/故障判断模块，用于根据设定的结晶器各运行参数阈值，判断是否出现异常、故障状态，设定触发异常、故障状态后的运行状态。
所述上位机为图形工作站。
所述图形工作站模块借助虚拟仿真软件实现三维虚拟设备，包括中间包、中间包塞棒、结晶器系统、弯曲段、扇形段、引锭杆等三维虚拟模型，其中，中间包塞棒根据塞棒开度参数动作，结晶器液位根据结晶器液位PV参数动作，铸坯动作根据拉速参数动作。
所述显示装置显示的是实际现场操作人员所能观察到的结晶器设备动作场景。
一种根据上述结晶器液位自动控制仿真系统的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
操作人员通过操作控制台的触摸屏登入界面启动仿真系统，开始装连铸工艺操作流程；
操作人员在操作控制台中输入PID控制参数包括比例、积分、微分参数与结晶器控制参数包括钢坯宽度、钢坯厚度、结晶器液位SV、钢坯拉速参数；
PLC接收输入的控制指令，根据PID参数及结晶器液位SV与结晶器液位PV的差值进行PID调节得到塞棒开度；所述PLC调用对象模型处理塞棒开度和钢坯拉速参数，得到反馈的结晶器液位PV，进一步进行 PID调节，直到结晶器液位PV稳定到结晶器液位SV附近；
上位机根据塞棒开度、钢坯拉速、结晶器液位PV控制塞棒开度、拉速、结晶器液位使能模块控制相应虚拟设备模块动作，在场景显示器显示对应三维动作过程。
本发明有益效果如下：
本发明提供了一种结晶器液位自动仿真控制系统及方法，不需要复杂危险的真实仿真系统，所述系统严格按照真实结晶器功能设计，模拟对象丰富，仿真数据可靠、真实感强，可以有效培训结晶器控制人员。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明具体实施例的原理框图；
图2为本发明具体实施例的虚拟设备正视图；
图3为本发明具体实施例的虚拟设备侧视图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
如附图图1所示，本发明公开了一种结晶器液位自动控制仿真系统，所述系统包括：操作控制台、信息处理装置、显示装置；
所述操作控制台为触摸屏；
所述信息处理装置包括可编程控制器PLC、上位机；
所述显示装置为大屏幕显示器或虚拟现实设备；
所述操作控制台与信息处理装置中的可编程控制器PLC相连接，所述可编程控制器PLC与所述上位机相连接，所述上位机与所述显示装置相连接。
具体地，
所述触摸屏集成控制功能和显示功能于一身，包括用于输入操作指令参数的触摸控制模块和用于显示操作结果参数的信息显示模块。
所述触摸屏包括：
1)登入界面，用于操作人员输入账号和密码，作为扩展功能，以后系统将增加不同权限操作；
2)登出界面，用于注销当前用户；
3)主界面，登录后的界面，其上有信息图标，触控按钮，数值输入、数值显示，动画显示区域；具体地，
触控按钮可以打开其他界面，包括用户界面，登出界面；
数值输入区域用于供操作人员输入控制参数，具体地，所述控制参数包括：
PID控制参数包括：比例、积分、微分参数；
结晶器控制参数包括：钢坯宽度、钢坯厚度、结晶器液位SV、钢坯拉速参数；
数值显示区域用于根据PLC的反馈，显示冷却水流量、出口坯壳厚度、塞棒开度SV、塞棒开度PV、结晶器液位PV参数，其中，塞棒开度 SV为PLC调节的塞棒开度值，PV随SV变化。
在一个优选实施例中，数值显示区域以时间变化曲线的形式显示出口坯壳厚度、塞棒开度、结晶器液位PV参数。
在一个优选实施例中，PID控制参数和结晶器控制参数可以通过实体操作按钮、旋钮、开关等元器件输入。
所述操作控制台还包括异常/故障情况的提示/报警模块。
所述信息处理装置包括可编程控制器PLC、上位机，PLC与上位机通过网络接口进行连接。
所述可编程控制器PLC用于信号的输入、输出和处理，用于接收操作控制台输入的控制指令，根据PID参数及结晶器液位SV与结晶器液位PV的差值进行PID调节得到塞棒开度；
所述PLC调用对象模型处理塞棒开度和钢坯拉速参数，得到反馈的结晶器液位PV和出口坯壳厚度，根据PID参数及结晶器液位SV与结晶器液位PV的差值进一步进行PID调节，直到结晶器液位PV稳定到结晶器液位SV附近，调节结束；同时，PLC将塞棒开度、钢坯拉速、结晶器液位PV参数发送给上位机，供上位机控制虚拟设备的动作。
同时，向操作控制台反馈冷却水流量(一般为定值)、出口坯壳厚度、塞棒开度SV、塞棒开度PV、结晶器液位PV参数。
所述PLC还包括异常/故障判断模块，用于根据设定的结晶器各运行参数阈值，判断是否出现异常、故障状态，设定触发异常、故障状态后的运行状态。一方面将异常、故障状态发送给上位机，由上位机实现虚拟设备动作，在显示器上显示异常、故障的设备状态；另一方面，将异常、故障状态反馈给操作控制台，在触摸屏的数值显示区域显示相关设备的故障、异常状态，或触发指示灯、报警器等。
具体地，上位机为图形工作站，所述图形工作站从PLC接收塞棒开度、钢坯拉速、结晶器液位PV参数。
所述图形工作站借助3Dmax等专业虚拟仿真软件实现三维虚拟设备，包括中间包、中间包塞棒、结晶器系统、弯曲段、扇形段、引锭杆等三维虚拟模型，其中，中间包塞棒根据塞棒开度参数动作，结晶器液位根据结晶器液位PV参数动作，铸坯动作根据钢坯拉速参数动作。
所述上位机还包括三维模型设置模块，用于设定、修改三维虚拟设备具体组成，并对虚拟设备的异常、故障情况进行触发。
所述三维虚拟设备如图2、图3所示，是通过采集真实结晶器的素材、图纸，借助仿真软件建立三维立体模型；并根据真实环境和设备色彩、光照、阴影情况进行的贴图、渲染得到的。
虚拟设备的动作通过与上位机相连的显示装置进行显示，所述显示装置显示的是实际现场操作人员所能观察到的结晶器场景。
所述信息处理装置还包括视频录制和回放模块，用于记录操作过程，回放文件记录的操作过程。
本发明具体实施例还公开了一种结晶器液位自动控制仿真方法，具体包括以下步骤：
操作人员通过操作控制台的触摸屏登入界面启动仿真系统，开始装连铸工艺操作流程。在结晶器液位自动控制任务过程中，操作员先在触摸屏上选择操作模式，PLC读取触控按钮模块发出的操作模式指令，调用相应操作控制模块。操作人员在操作控制台中输入PID控制参数包括比例、积分、微分参数与结晶器控制参数包括钢坯宽度、钢坯厚度、结晶器液位SV、钢坯拉速参数；PLC接收输入的控制指令，根据PID参数及结晶器液位SV与结晶器液位PV的差值进行PID调节得到塞棒开度；所述PLC调用对象模型处理塞棒开度和钢坯拉速参数，得到反馈的结晶器液位PV，进一步进行PID调节，直到结晶器液位PV稳定到结晶器液位SV附近；上位机根据塞棒开度、钢坯拉速、结晶器液位PV控制塞棒开度、拉速、结晶器液位使能模块控制相应虚拟设备模块动作，在场景显示器显示对应三维动作过程。
同时，PLC向操作控制台反馈冷却水流量、出口坯壳厚度、塞棒开度SV、塞棒开度PV、结晶器液位PV参数并显示在操作控制台中。
本发明提供了一种结晶器液位自动仿真控制系统及方法，不需要复杂危险的真实仿真系统，所述系统严格按照真实结晶器功能设计，模拟对象丰富，仿真数据可靠、真实感强，可以有效培训结晶器控制人员。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种结晶器液位自动控制仿真系统，其特征在于，
所述系统包括操作控制台、信息处理装置、显示装置；
所述操作控制台为人机交互设备；所述信息处理装置包括可编程控制器PLC、上位机；所述显示装置为大屏幕显示器或虚拟现实设备；
所述操作控制台与信息处理装置中的可编程控制器PLC相连接，所述可编程控制器PLC与所述上位机相连接，所述上位机与所述显示装置相连接；
所述操作控制台为触摸屏，包括用于输入操作指令参数的触摸控制模块和用于显示操作结果参数的信息显示模块；
所述触摸屏包括：
用于供操作人员输入PID控制参数和结晶器控制参数的数值输入区域；
用于显示输出参数的数值显示区域；
其中，
PID控制参数包括：比例、积分、微分参数；
结晶器控制参数包括：钢坯宽度、钢坯厚度、结晶器液位SV、钢坯拉速参数；
输出参数包括：冷却水流量、出口坯壳厚度、塞棒开度SV、塞棒开度PV、结晶器液位PV参数；
所述SV代表设定值，PV代表实际值；
所述可编程控制器PLC用于接收操作控制台输入的控制指令，根据PID控制参数及结晶器液位SV与结晶器液位PV的差值进行PID调节得到塞棒开度；
所述PLC调用对象模型处理塞棒开度和钢坯拉速参数，得到反馈的结晶器液位PV和出口坯壳厚度，根据PID控制参数及结晶器液位SV与结晶器液位PV的差值进一步进行PID调节，直到结晶器液位PV稳定到结晶器液位SV附近，调节结束。
2.根据权利要求1所述的结晶器液位自动控制仿真系统，其特征在于，
PLC将塞棒开度、钢坯拉速、结晶器液位PV参数发送给上位机，供上位机控制虚拟设备的动作；
PLC向操作控制台反馈冷却水流量、出口坯壳厚度、塞棒开度SV、塞棒开度PV、结晶器液位PV参数。
3.根据权利要求1所述的结晶器液位自动控制仿真系统，其特征在于，
所述PLC还包括异常/故障判断模块，用于根据设定的结晶器各运行参数阈值，判断是否出现异常、故障状态，设定触发异常、故障状态后的运行状态。
4.根据权利要求1所述的结晶器液位自动控制仿真系统，其特征在于，
所述上位机为图形工作站。
5.根据权利要求4所述的结晶器液位自动控制仿真系统，其特征在于，
所述图形工作站借助虚拟仿真软件实现三维虚拟设备，包括中间包、中间包塞棒、结晶器系统、弯曲段、扇形段、引锭杆在内的三维虚拟模型，其中，中间包塞棒根据塞棒开度参数动作，结晶器液位根据结晶器液位PV参数动作，铸坯动作根据拉速参数动作。
6.根据权利要求1所述的结晶器液位自动控制仿真系统，其特征在于，
所述显示装置显示的是实际现场操作人员所能观察到的结晶器设备动作场景。
7.一种根据权利要求1-6之一所述的结晶器液位自动控制仿真系统的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
操作人员通过操作控制台的触摸屏登入界面启动仿真系统，开始装连铸工艺操作流程；
操作人员在操作控制台中输入PID控制参数包括比例、积分、微分参数与结晶器控制参数包括钢坯宽度、钢坯厚度、结晶器液位SV、钢坯拉速参数；
PLC接收输入的控制指令，根据PID控制参数及结晶器液位SV与结晶器液位PV的差值进行PID调节得到塞棒开度；所述PLC调用对象模型处理塞棒开度和钢坯拉速参数，得到反馈的结晶器液位PV，进一步进行PID调节，直到结晶器液位PV稳定到结晶器液位SV附近；
上位机根据塞棒开度、钢坯拉速、结晶器液位PV控制塞棒开度、拉速、结晶器液位使能模块控制相应虚拟设备模块动作，在场景显示器显示对应三维动作过程；
所述SV代表设定值，PV代表实际值。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100083 Beijing, Xueyuan Road, No. 30, No. building, room 3, room 311 Applicant after: Beijing Heng Boyuan Polytron Technologies Inc Address before: 100083 Beijing, Xueyuan Road, No. 30, No. building, room 3, room 311 Applicant before: Beijing JHBY Metallurgy Technology Development Co., Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |