CN113934237A - 一种锌锅液位控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锌锅液位控制方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：锌锅液位检测方法；步骤2：锌锅自动加锌方法。该方法主要解决现有锌锅液位因锌液浮渣、液面波动、捞渣作业等原因导致的无法自动精准控制的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制装置，具体涉及一种锌锅液位控制方法，属于液态金属液位检测控制技术领域。
背景技术
参见附图1-2，锌锅1作为冷轧镀锌线上最重要的设备之一，其作用是利用电磁感应原理来加热锌锭7使之熔化成锌液2，为经过加热炉退火后的带钢3通过炉鼻子4经沉没辊5浸入锌锅1内进行热镀提供符合要求的高温锌液2，并在带钢3表面形成一层镀层以保护带钢基板。该镀层的厚度主要通过位于锌液2液面上方的气刀6喷吹带压气体来控制的。锌锅内锌液2液位的稳定对带钢热镀产品质量控制至关重要，液位2的波动会直接导致炉鼻子4内部的锌灰、锌渣无法被抽锌泵有效排出，轻者锌灰锌渣污染带钢表面导致产品降级，重则锌渣过多导致带钢划伤造成不合格品。特别对于有溢流结构的炉鼻子热镀锌生产线影响更为严重，液位2波动会导致锌液反溢流或者溢流槽内被抽空，导致带钢3表面出现大量锌灰锌渣或擦划伤，严重影响带钢表面质量。参见图2，为了维持锌锅内锌液2液位的稳定，目前锌锅1补充加入锌锭7时普遍使用卷扬8进行自动加锌，即通过PLC控制器9，根据液位传感器10检测到的锌锅液位值与人机界面11上的设定值对比，来闭环控制变频器12驱动电机13及卷扬8进行自动加锌作业。但现有的这种锌锅液位控制技术在实际使用中存在如下问题：
1)热镀锌工艺特点及高温锌液表面与空气接触氧化等因素导致锌锅内的锌液表面浮渣多，厚薄不均成片状漂浮在锌液面，一般呈不规则运动状态，当锌锅液位传感器测点位置出现浮渣移动时会造成短时间内液位检测波动导致频繁加锌或者长时间内不加锌，造成锌锅液位和锌液温度大幅度波动，严重影响生产线正常工艺生产及产品质量。
2)热镀锌工艺中在生产不同规格产品时，其带钢经过锌锅的运行速度也各不相同，需要调整的带钢速度范围从50米/分钟至140米/分钟，不同的带钢速度导致其离开锌锅液面后对引起周围锌液面波动的强度也大不相同，带钢离开锌锅液面速度越快，相应其引起的锌液面波动越剧烈，继而使液位检测值剧烈波动导致频繁加锌或者长时间内不加锌，造成锌锅实际液位无法精准控制。
3)为避免锌渣对产品质量的不良影响，生产线实际生产过程中需要频繁使用捞渣瓢等工具对锌锅面浮渣进行捞取清理作业，捞渣作业过程中会对液位测点产生的干扰及造成锌液面出现大幅度波动继而影响到锌液位的检测及自动加锌控制，出现过加锌或欠加锌，使锌锅液位无达到控制精度要求。
综上所述，现有热镀锌生产过程中受到带钢运行速度的调整、锌液面浮渣、捞渣作业等客观因素的不良影响，导致锌锅液位自动控制精度普遍无法到达±2mm的工艺要求。液位控制波动也会导致带钢表面出现大量锌灰锌渣或擦划伤；同时也会因锌锭急速加入锌锅后急剧拉低锌锅中的锌液温度，造成锌渣析出和浸润性变差，严重影响镀锌产品表面质量。因此急需一种能够规避或消除上述因素不良影响的锌锅液位自动控制方法。
检索到公开专利“现场锌锅液位量测装置CN 208937146 U”、“锌锅液位检测装置CN 205917328 U”，此两件公开技术与本发明都涉及到锌锅液位检测技术，但公开技术的与本发明适用场景及精度要求完全不同，此两件公开技术都采用与锌液面采用式纯机械结构，通过检测端与锌液位直接接触的方式，实现现场锌锅内液面水平高度的监测，这种检测方式会因测量机构与锌液接触腐蚀、结渣而无法实现液位高精度检测。同时二者技术方案的具体结构也完全不同。
检索到公开专利“一种排渣炉鼻子及锌锅液位控制方法、系统及液位检测装置CN110045759 A,该公开技术主要针对解决的是锌锅液位无法精准控制的问题，并未涉及到液位计本身的检测精度及稳定运行。而本发明是要解决现有锌锅液位检测传感器或装置本身的精度问题，同时本发明结构与公开技术完全不同，且二者间不存在相关技术启示。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种锌锅液位控制方法，主要解决现有锌锅液位因锌液浮渣、液面波动、捞渣作业等原因导致的无法自动精准控制的技术问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种锌锅液位控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：锌锅液位检测方法；
步骤2：锌锅自动加锌方法。
进一步，步骤1：锌锅液位检测方法，具体如下：
步骤1-1：采用长距离激光测距仪作为锌锅液位检测传感器，并安装在远离锌锅液面位置(＞0.5米)，以减少锌锅现场强磁场和锌液高温辐射干扰，保证检测传感器良好的工作环境，提升锌锅液位传感器运行稳定性；
所述激光测距仪采用SICKDT1000型激光测距仪，并在激光测距仪本体上设置有氮气涡流冷却装置；
步骤1-2：采用四组液位传感器分别对锌液位表面不同位置进行多点采样检测，并通过PLC实时对四组液位传感器检测到的液位值进行实时对比和甄别选用。
进一步，所述四组液位传感器分别设置在锌锅内腔最大内切圆和锌锅沉没辊辊长为直径圆周正上方，其中NO1液位传感器安装在锌锅内腔最大内切圆周的正上方1:30分位置，NO2号液位传感器安装在锌锅沉没辊辊长为直径圆周正上方4点钟位置，NO3号液位传感器安装在锌锅内腔最大内切圆周的正上方7:30分位置，NO4号液位传感器安装在锌锅沉没辊辊长为直径圆周正上方4点钟位置。
进一步，所述对四组液位传感器检测到的液位值进行实时对比和甄别选用包括如下逻辑：在正常的锌锅自动加锌控制过程中，实时将各组液位传感器的检测值与锌锅液位设定值进行对比，如果液位传感器与锌锅液位设定值间差值的绝对值≥5mm则判断该组液位传感器检测失真并输出检测异常报警，同时在液位传感器与锌锅液位设定值间差值的绝对值＜5mm的各组液位传感器检测值中取出最小值作为锌锅当前液位检测值L0参与锌锅自动加锌控制。
进一步，所述步骤2：锌锅自动加锌方法，具体如下步骤：
步骤2-1，锌锅液面作业情况确认，锌锅自动加锌开始后，首先在人机界面(HMI)上进行当前锌锅液面是否进行捞渣作业的确认，如果不进行捞渣作业则进入稳定自动加锌模式，如果进行捞渣作业则进入非稳定自动加锌模式；
步骤2-2，稳定自动加锌，进入稳定自动加锌模式后，自动加锌控制器(PLC)按照每秒1
ˉ
次频次连续采集一定数量的当前液位检测值L0的并计算出其平均值L0，并将人机界面HIM上的设定值Lset与计算出的液位平均值L0相减，如二者差值≥2mm则控制器(PLC)控制变频器驱动电机让卷扬下降加锌1次，同时控制器(PLC)对卷扬下降加锌次数进行累计统计，统计数据每小时刷新一次；
步骤2-3，非稳定自动加锌，锌锅自动加锌过程中如果选择并确认进行捞渣作业则进入非稳定自动加锌模式。进入该步骤后首先控制器(PLC)确认最近一小时卷扬下降加锌累计次数N,并根据带钢运行速度变化量ΔU、带钢宽度变化量ΔW、带钢镀层厚度变化量ΔT值的大小来调整最近一小时卷扬下降加锌累计次数N，并按调整后的N值作为捞渣作业过程中每小时加锌频次来控制卷扬进行加锌作业。捞渣作业结束后通过确认后自动切换进入步骤2-2；
其中：
ΔU＝当前带钢运行速度-上卷带钢运行速度；单位：m/min；
ΔW＝当前带钢宽度-上卷带钢宽度；单位：mm；
ΔT＝当前带钢镀层厚度-上卷带钢；单位：g/m2。
进一步，步骤2-2中，所述连续采集一定数量是根据当前生产线上锌锅带钢运行速度不同来按照下表设置：
| 序号 | 锌锅带钢运行速度 | 采集频率 | 连续采集数量 |
| 1 | V≤60m/min | 每秒1次 | 10次 |
| 2 | 当60＜V≤80m/min | 每秒1次 | 20次 |
| 3 | 80＜V≤120m/min | 每秒1次 | 30次 |
| 4 | V＞120m/min | 每秒1次 | 40次 |
卷扬下降加锌1次是指通过卷扬控制锌锭下降进入锌液的体积能让锌锅液位升高0.5mm，加锌1次卷扬下降的具体数据其由锌锅截面积与锌锭截面积计算而得；
统计数据每小时刷新一次是指当前小时结束时将统计的当前小时卷扬下降加锌累计次数替代前一小时统计的卷扬下降加锌累计次数，并以此类推。
进一步，步骤2-3中，所述N值的调整按照下表进行设置：
| 序号 | Δ值 | N值 |
| 1 | ΔU≤10 | N＝N |
| 2 | 20≥ΔU＞10 | N＝N+5 |
| 3 | ΔU＞20 | N＝N+10 |
| 4 | ΔW≤100 | N＝N |
| 5 | 200≥ΔW＞100 | N＝N+10 |
| 6 | ΔW＞200 | N＝N+20 |
| 7 | ΔT≤10 | N＝N |
| 8 | 20≥ΔT＞10 | N＝N+10 |
| 9 | ΔT＞20 | N＝N+20 |
| 10 | ΔT＞30 | N＝N+36 |
相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)本发明通过激光测距仪实现了对锌锅液位非接触远距离检测，避免了锌锅磁场对传感器的干扰，提升了液位检测精准度；2)本发明分别对锌锅液面不同位置进行多点采样检测液位值，并通过PLC对4组液位传感器检测到的液位值进行实时对比甄别选用，自动切换选择液位低的液位传感器信号来作为自动加锌液位信号源，从而消除锌液面浮渣的不良影响；3)本发明根据锌锅内带钢的运行速度不同来控制器(PLC)按照每秒1次频次连续采集当前液位检测值L0一定数量的，并计算出其平均值
并以计算后的平均值
数据来作为自动加锌依据，以此来减少锌液面波动导致的液位检测误差；4)本发明开发设计了捞渣作业时的非稳定自动加锌模式，有效规避了捞渣作业对液位控制精度的不良影响同时，过程中还分考虑了带钢速度、宽度、镀层厚度变化所产生的影响，保证了锌锅非稳定自动加锌液位控制精度至±2mm内，使之满足正常热镀锌工艺要求。
附图说明
图1、带钢热镀工艺示意图；
图2、锌锅自动加锌示意图；
图3、本发明所述锌锅液位传感器布置示意图；
图4、本发明所述锌锅液位检测方法控制流程图；
图5、本发明所述锌锅自动加锌控制流程图。
图中：1-锌锅，2-锌液，3-带钢，4-炉鼻子，5-沉没辊，6-气刀，7-锌锭，8-卷扬，9-控制器(PLC)，10-液位传感器，10-1-NO1液位传感器，10-2-NO2液位传感器,10-3-NO3液位传感器,10-4-NO4液位传感器，11-人机界面(HMI),12-变频器，13-电机，14-浮渣。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：
参照图2-5所示，一种锌锅液位控制方法，包括以下内容：
步骤1：锌锅液位检测方法；
步骤2：锌锅自动加锌方法；
其中步骤1：锌锅液位检测方法，具体如下：
步骤1-1：采用激光测距仪采用SICKDT1000型激光测距仪作为锌锅2液位检测传感器10，安装在远离锌锅液面位置(＞0.5米)，并在激光测距仪本体上设置有氮气涡流冷却装置，以减少锌锅现场强磁场和锌液高温辐射干扰，保证检测传感器良好的工作环境，提升锌锅液位传感器运行稳定性。
步骤1-2：采用四组液位传感器10-1，10-2，10-3,10-4分别对锌锅1液位表面不同位置进行多点采样检测，四组液位传感器分别设置在锌锅1内腔最大内切圆和锌锅沉没辊5辊长为直径的圆周正上方，其中NO1液位传感器10-1安装在锌锅1内腔最大内切圆周的正上方1:30分位置，NO2号液位传感器10-2安装在锌锅沉没辊5辊长为直径圆周正上方4点钟位置，NO3号液位传感器10-3安装在锌锅1内腔最大内切圆周的正上方7:30分位置，NO4号液位传感器10-4安装在锌锅沉没辊5辊长为直径圆周正上方4点钟位置。
生产过程中，通过控制器(PLC)9实时对四组液位传感器检测到的液位值L1、L2、L3、L4进行实时对比和甄别选用：即在正常的锌锅自动加锌控制过程中，实时将各组液位传感器的检测值L1、L2、L3、L4分别与锌锅液位设定值Lset进行对比，如果液位传感器与锌锅液位设定值间差值的绝对值≥5mm则判断该组液位传感器检测失真并输出检测异常报警，同时在液位传感器与锌锅液位设定值间差值的绝对值＜5mm的各组液位传感器检测值中取出最小值作为锌锅当前液位检测值L0参与锌锅自动加锌控制。
锌锅自动加锌方法，具体如下步骤：
步骤2-1，锌锅液面作业情况确认。锌锅1自动加锌开始后，首先在人机界面(HMI)11上进行当前锌锅液面是否进行捞渣作业的确认，如果不进行捞渣作业则进入稳定自动加锌模式S2，如果进行捞渣作业则进入非稳定自动加锌模式S3。
步骤2-2，稳定自动加锌。进入稳定自动加锌模式后，自动加锌控制器(PLC)9按照每秒1次频次连续采集一定数量的当前液位检测值L0的并计算出其平均值
并将人机界面(HIM)11上的设定值Lset与计算出的液位平均值L0相减，如二者差值≥2mm则控制器(PLC)9控制变频器12驱动电机13让卷扬8下降加锌1次。同时控制器(PLC)9对卷扬8下降加锌次数进行累计统计，统计数据每小时刷新一次。
其中，连续采集一定数量是根据当前生产线上锌锅带钢3运行速度不同来按照下表设置：
| 序号 | 锌锅带钢运行速度 | 采集频率 | 连续采集数量 |
| 1 | V≤60m/min | 每秒1次 | 10次 |
| 2 | 当60＜V≤80m/min | 每秒1次 | 20次 |
| 3 | 80＜V≤120m/min | 每秒1次 | 30次 |
| 4 | V＞120m/min | 每秒1次 | 40次 |
其中，卷扬下降加锌1次是指通过卷扬控制锌锭下降进入锌液的体积能让锌锅液位升高0.5mm，加锌1次卷扬下降的具体数据其由锌锅1内腔截面积与锌锭7截面积计算而得。
其中，统计数据每小时刷新一次是指当前小时结束时将统计的当前小时卷扬8下降加锌累计次数替代前一小时统计的卷扬下降加锌累计次数，并以此类推。
步骤2-3，非稳定自动加锌。锌锅自动加锌过程中如果选择并确认进行捞渣作业则进入非稳定自动加锌模式。进入该步骤后首先控制器(PLC)9确认最近一小时卷扬8下降加锌累计次数N,并根据带钢3运行速度变化量ΔU、带钢3宽度变化量ΔW、带钢3镀层厚度变化量ΔT值的大小来调整最近一小时卷扬下降加锌累计次数N，并按调整后的N值作为捞渣作业过程中每小时加锌频次来控制卷扬8进行加锌作业。捞渣作业结束后通过确认后自动切换进入步骤2-2。其中：
ΔU＝当前带钢运行速度-上卷带钢运行速度；单位：m/min；
ΔW＝当前带钢宽度-上卷带钢宽度；单位：mm；
ΔT＝当前带钢镀层厚度-上卷带钢；单位：g/m2；
所述N值的调整按照下表进行设置：
| 序号 | Δ值 | N值 |
| 1 | ΔU≤10 | N＝N |
| 2 | 20≥ΔU＞10 | N＝N+5 |
| 3 | ΔU＞20 | N＝N+10 |
| 4 | ΔW≤100 | N＝N |
| 5 | 200≥ΔW＞100 | N＝N+10 |
| 6 | ΔW＞200 | N＝N+20 |
| 7 | ΔT≤10 | N＝N |
| 8 | 20≥ΔT＞10 | N＝N+10 |
| 9 | ΔT＞20 | N＝N+20 |
| 10 | ΔT＞30 | N＝N+36 |
。
应用实施例1:
例：生产过程中，当前时刻锌锅上方的四组液位传感器10-1，10-2，10-3,10-4的检测值分别为L1＝1850mm，L2＝1852mm，L3＝1848mm，L4＝1856mm，人机界面(HMI)锌锅液位设置值Lset＝1850mm，则通过控制器(PLC)9实时对四组液位传感器检测到的液位值进行实时对比和甄别选用：|L4-Lset|＝|1856-1850|≥5mm，则NO4液位传感器10-4输出检测异常报警，锅当前液位检测值L0取当前L1、L2、L3中的最小值：即L0＝L3＝1848mm参与锌锅自动加锌控制。
应用实施例2:
例：生产过程中，不需要进行锌锅液面捞渣作业，当前带钢运行速度为110m/min，当前带钢宽度为1000mm，当前带钢镀层厚度为52g/m2；L0＝L3＝1848mm，Lset＝1850mm，锌锅1内腔截面积为3600*3600mm，锌锭截面积为350*580mm。
自动加锌进入稳态自动加锌模式，控制器(PLC)9根据锌锅1内腔截面积为与锌锭7截面积计算出卷扬下降加锌1次下降的距离为：
(3600*3600*0.5)/(350*580)＝32mm
同时，控制器(PLC)9按照每秒1次频次连续循环采集30次当前液位检测值L0的并计算出其平均值
接着自动比较
即5)/(350*580)＝32mm，同时，控制变频器12和电机13使卷扬8下降1次(32mm)。再根据最近一次计算出的L0自动比较
是否≥2mm？如果成立，控制变频器12和电机13使卷扬8下降1次(32mm)，循环过程中控制器(PLC)9对每小时卷扬8下降次数N进行累统计并刷新。
应用实施例3:
例：生产过程中，需要进行锌锅液面捞渣作业，当前带钢运行速度为110m/min，当前带钢宽度为1000mm，当前带钢镀层厚度为52g/m2；上卷带钢运行速度为120m/min，上卷带钢宽度为918mm；上卷带钢镀层厚度为40g/m2。L0＝L3＝1848mm，最近一小时卷扬8下降加锌累计次数N＝20次。
自动加锌进入非稳态自动加锌模式，控制器(PLC)9确认最近一小时卷扬8下降加锌累计次数N＝20次,根据带钢3运行速度变化量ΔU＝110-120＝-20≤10，带钢3宽度变化量ΔW＝1000-918＝82≤100，带钢3镀层厚度变化量ΔT＝52-40＝12＞10，调整最近一小时卷扬下降加锌累计次数N＝20+0+0+10＝30，并按调整后的N＝30作为捞渣作业过程中每小时加锌频次来控制卷扬8进行加锌作业。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (7)
1.一种锌锅液位控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：锌锅液位检测方法；
步骤2：锌锅自动加锌方法。
2.根据权利要求1所述的锌锅液位控制方法，其特征在于，步骤1：锌锅液位检测方法，具体如下：
步骤1-1：采用长距离激光测距仪作为锌锅液位检测传感器，并安装在远离锌锅液面位置(＞0.5米)，以减少锌锅现场强磁场和锌液高温辐射干扰，保证检测传感器良好的工作环境，提升锌锅液位传感器运行稳定性；
所述激光测距仪采用SICKDT1000型激光测距仪，并在激光测距仪本体上设置有氮气涡流冷却装置；
步骤1-2：采用四组液位传感器分别对锌液位表面不同位置进行多点采样检测，并通过PLC实时对四组液位传感器检测到的液位值进行实时对比和甄别选用。
3.根据权利要求2所述的锌锅液位控制方法，其特征在于，四组液位传感器分别设置在锌锅内腔最大内切圆和锌锅沉没辊辊长为直径圆周正上方，其中NO1液位传感器安装在锌锅内腔最大内切圆周的正上方1:30分位置，NO2号液位传感器安装在锌锅沉没辊辊长为直径圆周正上方4点钟位置，NO3号液位传感器安装在锌锅内腔最大内切圆周的正上方7:30分位置，NO4号液位传感器安装在锌锅沉没辊辊长为直径圆周正上方4点钟位置。
4.根据权利要求3所述的锌锅液位控制方法，其特征在于，对四组液位传感器检测到的液位值进行实时对比和甄别选用包括如下逻辑：在正常的锌锅自动加锌控制过程中，实时将各组液位传感器的检测值与锌锅液位设定值进行对比，如果液位传感器与锌锅液位设定值间差值的绝对值≥5mm则判断该组液位传感器检测失真并输出检测异常报警，同时在液位传感器与锌锅液位设定值间差值的绝对值＜5mm的各组液位传感器检测值中取出最小值作为锌锅当前液位检测值L0参与锌锅自动加锌控制。
5.根据权利要求3或4所述的锌锅液位控制方法，其特征在于，所述步骤2：锌锅自动加锌方法，具体如下步骤：
步骤2-1，锌锅液面作业情况确认，锌锅自动加锌开始后，首先在人机界面(HMI)上进行当前锌锅液面是否进行捞渣作业的确认，如果不进行捞渣作业则进入稳定自动加锌模式，如果进行捞渣作业则进入非稳定自动加锌模式；
步骤2-2，稳定自动加锌，进入稳定自动加锌模式后，自动加锌控制器(PLC)按照每秒1次频次连续采集一定数量的当前液位检测值L0的并计算出其平均值
并将人机界面HIM上的设定值Lset与计算出的液位平均值L0相减，如二者差值≥2mm则控制器(PLC)控制变频器驱动电机让卷扬下降加锌1次，同时控制器(PLC)对卷扬下降加锌次数进行累计统计，统计数据每小时刷新一次；
步骤2-3，非稳定自动加锌，锌锅自动加锌过程中如果选择并确认进行捞渣作业则进入非稳定自动加锌模式。进入该步骤后首先控制器(PLC)确认最近一小时卷扬下降加锌累计次数N,并根据带钢运行速度变化量ΔU、带钢宽度变化量ΔW、带钢镀层厚度变化量ΔT值的大小来调整最近一小时卷扬下降加锌累计次数N，并按调整后的N值作为捞渣作业过程中每小时加锌频次来控制卷扬进行加锌作业。捞渣作业结束后通过确认后自动切换进入步骤2-2；
其中：
ΔU＝当前带钢运行速度-上卷带钢运行速度；单位：m/min；
ΔW＝当前带钢宽度-上卷带钢宽度；单位：mm；
ΔT＝当前带钢镀层厚度-上卷带钢；单位：g/m2。
6.根据权利要求5所述的锌锅液位控制方法，其特征在于，步骤2-2中，所述连续采集一定数量是根据当前生产线上锌锅带钢运行速度不同来按照下表设置：
卷扬下降加锌1次是指通过卷扬控制锌锭下降进入锌液的体积能让锌锅液位升高0.5mm，加锌1次卷扬下降的具体数据其由锌锅截面积与锌锭截面积计算而得；
统计数据每小时刷新一次是指当前小时结束时将统计的当前小时卷扬下降加锌累计次数替代前一小时统计的卷扬下降加锌累计次数，并以此类推。
7.根据权利要求6所述的锌锅液位控制方法，其特征在于，步骤2-3中，所述N值的调整按照下表进行设置：
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