RU2226006C2

RU2226006C2 - Trainer for operator of system controlling continuous casting of steel

Info

Publication number: RU2226006C2
Application number: RU2001127028/12A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Лаврик; Е.В. Протопопов; В.В. Соколов; В.П. Комшуков; Н.И. Вотенцев; В.А. Буймов; ков А.В. Худ; А.В. Худяков; Л.А. Ганзер
Original assignee: ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат"; Сибирский государственный индустриальный университет
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2004-03-20

Abstract

FIELD: preparation of operators of machines for continuous casting of billets. SUBSTANCE: invention can also find use in preparation of programs for automatic maintenance of level of metal in mould, in programming of machines for continuous casting of steel. Trainer for operator of system controlling continuous casting of steel has unit setting initial conditions connected to groups of intercoupled units setting control actions and control units for hydraulic simulation of flow of molten metal which include unit controlling level of metal in intermediate ladle, unit controlling bridging of pot of intermediate ladle, units controlling level of metal in mould, unit controlling rate of billet drawing and unit detecting bridging of pot of intermediate ladle. Physical model of complex of proper equipment and new program developments are utilized to enhance effectiveness of training of operators of machines for continuous casting of billets. EFFECT: enhanced effectiveness of training of operators of machines for continuous casting of billets. 2 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к техническим средствам обучения, и может быть использовано для подготовки операторов машин непрерывного литья заготовок, отладки программ автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе и программирования установок непрерывной разливки стали.The invention relates to automation and computer technology, in particular to teaching aids, and can be used to train operators of continuous casting machines, debug programs to automatically maintain the metal level in the mold, and to program continuous steel casting plants.

Известен тренажер операторов систем управления технологическими процессами, содержащий блок сравнения, переключатель, пульт преподавателя, сумматор, блок памяти, блок моделирования реальных процессов, формирователь импульсов, блок оценки, сумматор, формирователи кодов и блок управления со схемными соединениями (Патент России №2047909, G 09 B 9/00, 1995 г.).A well-known trainer for operators of technological process control systems, comprising a comparison unit, a switch, a teacher’s console, an adder, a memory unit, a real process modeling unit, a pulse shaper, an evaluation unit, an adder, code generators and a control unit with circuit connections (Russian Patent No. 2047909, G 09 B 9/00, 1995).

Недостатком известного тренажера является низкая эффективность обучения операторов систем управления технологическими процессами вследствие ограниченных возможностей моделирования реальных процессов. Блок моделирования реальных процессов в известном тренажере выполнен из объектов программных средств, представляющих механические и контрольные узлы (компоненты) агрегата (например, доменной печи), которые определяют функциональные соотношения между различными элементами технологического процесса. Построение и реализация адекватных полных математических моделей технологических процессов, включая модели неконтролируемых возмущений, не представляются возможными по крайней мере для агрегатов черной металлургии в связи с недостаточной изученностью реальных объектов, а также из-за большой сложности таких моделей.A disadvantage of the known simulator is the low efficiency of training operators of process control systems due to the limited ability to simulate real processes. The unit for modeling real processes in a known simulator is made up of software objects representing mechanical and control units (components) of an assembly (for example, a blast furnace) that determine the functional relationships between the various elements of the technological process. The construction and implementation of adequate complete mathematical models of technological processes, including models of uncontrolled disturbances, does not seem possible, at least for ferrous metallurgy units due to the insufficient knowledge of real objects, and also because of the great complexity of such models.

Применение же упрощенных математических моделей приводит, как следствие, к низкой точности обучения из-за несоответствия моделирующей обстановки реальным (натурным) условиям.The use of simplified mathematical models leads, as a result, to low accuracy of training due to the mismatch of the modeling environment with real (natural) conditions.

Известно устройство для тренировки оператора, обеспечивающее отработку навыков последовательного включения технологического оборудования и оперативное изменение этой последовательности при изменении технологического процесса, воспроизводимого в тренажере, блок моделирования реальных процессов которого выполнен на базе ЭВМ, реализующей совокупность программных модулей, обеспечивающих ввод начальных условий, управляющих воздействий, моделирование технологического объекта управления, расчет экономических оценок и вывод текущей информации на средства ее отображения (Патент России №2010340, G 09 B 9/00, 1994 г.). В качестве объекта моделирования может выступать любой технологический объект. Рассматривается его конкретизация на примере кислородно-конвертерной плавки. Основу программного модуля моделирования технологического процесса в известном устройстве составляет совокупность уравнений.A device for training an operator is known that provides the skills to sequentially turn on technological equipment and quickly changes this sequence when the technological process reproduced in the simulator changes, the unit for modeling real processes of which is made on the basis of a computer that implements a set of software modules that provide input of initial conditions, control actions, modeling of the technological control object, calculation of economic estimates and the conclusion of the current For information on the means of its display (Russian Patent №2010340, G 09 B 9/00, 1994). As the object of modeling can be any technological object. Its concretization is considered on the example of oxygen-converter smelting. The basis of the software module for modeling a technological process in a known device is a set of equations.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность обучения операторов систем управления технологическими процессами, например операторов современных машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), отличающихся высокой степенью автоматизации. Разработка и использование новых средств и систем автоматизации позволяет расширить марочный и размерный сортамент разливаемого металла, повысить качество заготовок и увеличить производительность МНЛЗ. К числу перспективных разработок относятся следующие системы: автоматической стабилизации уровня металла в промежуточной емкости; автоматической стабилизации уровня металла в кристаллизаторе; управления расходом охлаждающей воды, подаваемой на кристаллизатор; управления расходом шлакообразующих смесей подаваемых в кристаллизатор; управления расходом воды и воздуха по секциям зоны вторичного охлаждения, управления резкой непрерывнолитой заготовки на мерные длины и, наконец, управления скоростью разливки.A disadvantage of the known device is the low efficiency of training operators of process control systems, for example, operators of modern continuous casting machines (CCM), characterized by a high degree of automation. The development and use of new automation tools and systems allows us to expand the branded and dimensional assortment of cast metal, improve the quality of workpieces and increase the productivity of continuous casting machines. Among the promising developments are the following systems: automatic stabilization of the metal level in the intermediate tank; automatic stabilization of the metal level in the mold; control the flow of cooling water supplied to the mold; control the flow of slag-forming mixtures supplied to the mold; control the flow of water and air in sections of the secondary cooling zone, control the cutting of continuously cast billets to measured lengths, and finally, control the casting speed.

Общая тенденция совершенствования средств автоматизации МНЛЗ, наряду с увеличением числа контролируемых характеристик, более полного протоколирования технологического процесса, идет в направлении их "интеллектуализации" на базовом уровне датчиков и исполнительных органов, которые в режиме реального времени производят съем информации, ее обработку и управление механизмами. При этом соответствующие микропроцессорные средства формируют изображение и обеспечивают надлежащий интерфейс для оператора системы управления непрерывной разливкой стали.The general trend of improving CCM automation tools, along with an increase in the number of controlled characteristics, more complete recording of the technological process, goes in the direction of their “intellectualization” at the basic level of sensors and executive bodies, which in real time carry out information collection, processing and control of mechanisms. In this case, the corresponding microprocessor means form an image and provide an appropriate interface for the operator of the control system for continuous casting of steel.

Например, уровень жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ предлагается контролировать датчиком, связанным с ЭВМ. Одновременно ЭВМ получает сигналы о текущих значениях положения стопора в промежуточном ковше и расхода металла, выходящего из кристаллизатора. По этим данным ЭВМ рассчитывает корректирующее значение перемещения стопора и управляет его движением с обратной связью по скорости перемещения для обеспечения более точного останова движения и получения отклонения заданного и фактического значений уровня металла равным нулю.For example, it is proposed to control the level of liquid metal in the continuous casting machine of a continuous casting machine with a sensor connected to a computer. At the same time, the computer receives signals about the current values of the stopper position in the intermediate ladle and the flow rate of the metal leaving the mold. According to these data, the computer calculates the corrective value of the stopper's movement and controls its movement with feedback on the speed of movement to provide a more precise stopping of the movement and obtain a deviation of the set and actual values of the metal level equal to zero.

Известен также тренажер для обучения работе на машинах непрерывного литья, содержащий пакет вычислительных программ, позволяющих моделировать работу машин непрерывного литья заготовок (Pesek A., Kopruner V., Preisl H. Training simulator for continuous casting operation // MPT: Met. Plant and Technol. Int. - 1996. - 19. №1. - р.54-57. англ.).Also known is a simulator for learning how to work on continuous casting machines, containing a software package that allows you to simulate the work of continuous casting machines (Pesek A., Kopruner V., Preisl H. Training simulator for continuous casting operation // MPT: Met. Plant and Technol . Int. - 1996. - 19. No. 1. - p. 54-57. English).

В известном тренажере роль имитатора реального процесса играет также математическая модель, которая отражает поведение машины непрерывного литья и поток материалов в ней. При этом промежуточный ковш, кристаллизаторы, затравка, затворы и т.д. взаимодействуют между собой, как определено функциональными условиями и взаимосвязями, относящимися к процессу. Графическое представление фактических узлов МНЛЗ демонстрируется с использованием техники окон. Обучающие воспроизводят (моделируют) процесс разливки, выполняя все фактические операции на различных дисплеях тренажера. Компьютерная система моделирует динамическое поведение узлов машины, логические команды управления и блокировки, а также поток стали от сталеразливочного ковша до порезанных слябов. Графики, показывающие движение затравки, вращение башни, ковша и т.д. дают обучающемуся хороший обзор состояния процесса разливки.In the well-known simulator, the role of a simulator of a real process is also played by a mathematical model that reflects the behavior of a continuous casting machine and the flow of materials in it. At the same time, an intermediate bucket, crystallizers, seed, locks, etc. interact with each other, as determined by functional conditions and the relationships related to the process. A graphical representation of the actual CCM nodes is demonstrated using the window technique. Teachers reproduce (simulate) the casting process, performing all the actual operations on the various displays of the simulator. The computer system simulates the dynamic behavior of machine components, logical control and blocking commands, as well as the flow of steel from a steel pouring ladle to cut slabs. Graphs showing the movement of the seed, rotation of the tower, bucket, etc. give the learner a good overview of the state of the casting process.

Недостатком известного тренажера является низкая эффективность обучения операторов МНЛЗ, что обусловлено использованием для программного обеспечения моделей управления, функционально связывающих технологические параметры разливки и подачи материалов в машине непрерывного литья заготовок.A disadvantage of the known simulator is the low efficiency of training CCM operators, which is due to the use of control models for software that functionally link the technological parameters of casting and feeding materials in a continuous casting machine.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является тренажер оператора системы управления непрерывной разливкой стали, содержащий блок задания исходных условий, соединенный с группами взаимосвязанных блоков задания управляющих воздействий, и управляющие блоки гидравлической имитации движения жидкого металла (патент США № 6085183, кл. G 06 N 17/00, 04.07.2000).Closest to the technical nature of the claimed is a simulator operator control system for continuous casting of steel, containing a unit for setting initial conditions, connected to groups of interconnected units for setting control actions, and control units for hydraulic simulation of the movement of liquid metal (US patent No. 6085183, class G 06 N 17/00, 07/04/2000).

Недостатком известного технического решения является сложность предлагаемой системы управления непрерывной разливой стали, что снижает эффективность обучения операторов МНЛЗ.A disadvantage of the known technical solution is the complexity of the proposed control system for continuous cast steel, which reduces the effectiveness of training CCM operators.

Задачей изобретения является упрощение системы управления непрерывной разливкой стали за счет использования физической модели комплекса соответствующего оборудования для повышения эффективности операторов МНЛЗ.The objective of the invention is to simplify the control system for continuous casting of steel through the use of a physical model of the complex of appropriate equipment to improve the efficiency of CCM operators.

Задача решается следующим образом. Тренажер оператора системы управления непрерывной разливкой стали, содержащий блок задания исходных условий, соединенный с группами взаимосвязанных блоков задания управляющих воздействий, и управляющие блоки гидравлической имитации движения жидкого металла, которые имеют блок управления уровнем металла в промежуточном ковше, блок управления затягиванием стакана промежуточного ковша, блоки управления уровнем металла в кристаллизаторе для стопорной и бесстопорной разливки, блок управления скоростью вытягивания заготовки и блок выявления затягивания стакана промежуточного ковша; блоки задания управляющих воздействий первой группы имеют блок задания управляющих воздействий на положение шиберного затвора сталеразливочного ковша, блок задания управляющих воздействий на уровень металла в промежуточном ковше, блок задания управляющих воздействий на температуру металла в промежуточном ковше, блок задания управляющих воздействий на уровень металла в кристаллизаторе; блоки задания управляющих воздействий второй группы имеют блок управления первичным охлаждением, блок управления вторичным охлаждением и блок управления качанием кристаллизатора, при этом выходы блока задания исходных условий соединены также с входами управляющих блоков гидравлической имитации движения жидкого металла, выходы блоков задания управляющих воздействий на положение шиберного затвора сталеразливочного ковша и уровень металла в промежуточном ковше соединены с входом блока управления уровнем металла в промежуточном ковше, выход блока задания управляющих воздействий на температуру металла в промежуточном ковше соединен с входом блока управления затягиванием стакана промежуточного ковша и входом блока задания управляющих воздействий на уровень металла в кристаллизаторе, выходы которого соединены с входами блоков управления уровнем металла в кристаллизаторе для стопорной и бесстопорной разливки, которые взаимосвязаны с блоком выявления затягивания стакана промежуточного ковша, причем выходы этих блоков соединены с входом блока управления первичным охлаждением, а выход блока управления уровнем металла в кристаллизаторе для бесстопорной разливки соединен с входом блока управления скоростью вытягивания заготовки, выходы которого соединены со входами блоков управления вторичным охлаждением и качанием кристаллизатора.The problem is solved as follows. The simulator of the operator of a control system for continuous casting of steel, containing a unit for setting initial conditions connected to groups of interconnected units for setting control actions, and control units for hydraulic simulation of the movement of liquid metal, which have a unit for controlling the level of metal in the intermediate ladle, a control unit for tightening the cup of the intermediate ladle, blocks metal level control in the mold for stop and non-stop casting, control unit for drawing speed of the workpiece and block the phenomenon of tightening the glass of the intermediate bucket; blocks for setting control actions of the first group have a block for setting control actions on the position of the slide gate of the steel ladle, a block for setting control actions on the metal level in the tundish, a block for setting control actions on the metal temperature in the tundish, a block for setting control actions on the metal level in the mold; second control unit for controlling actions of the second group have a primary cooling control unit, secondary cooling control unit and mold swing control unit, while the outputs of the initial setting unit are also connected to the inputs of the control units of hydraulic simulation of the movement of liquid metal, the outputs of the control unit for controlling actions on the position of the slide gate the steel ladle and the metal level in the intermediate ladle are connected to the input of the metal level control unit in the intermediate ladle e, the output of the control task set unit for controlling the temperature of the metal in the intermediate ladle is connected to the input of the control unit for tightening the glass of the intermediate ladle and the input of the set control unit for controlling the metal level in the mold, the outputs of which are connected to the inputs of the metal level control blocks in the mold for stop and non-stop casting which are interconnected with the unit for detecting the tightening of the glass of the intermediate bucket, and the outputs of these blocks are connected to the input of the control unit cooled, and the yield of metal level control unit in the mold for casting for slide connected to the input of the control unit billet withdrawing speed, the outputs of which are connected to the inputs of a secondary cooling control blocks and mold oscillation.

На фиг.1 приведена структурная схема тренажера системы управления непрерывной разливкой стали; на фиг.2 - функциональная схема гидравлической имитации движения жидкого металла на участке промежуточный ковш - кристаллизатор.Figure 1 shows the structural diagram of the simulator control system for continuous casting of steel; figure 2 is a functional diagram of a hydraulic simulation of the movement of liquid metal in the section of the intermediate bucket - mold.

Устройство содержит блок 1 задания исходных условий, блоки задания управляющих воздействий первой группы: блок 2 задания управляющих воздействий на положение шиберного затвора сталеразливочного ковша, блок 3 задания управляющих воздействий на уровень металла в промежуточном ковше, блок 4 задания управляющих воздействий на температуру металла в промежуточном ковше, блок 5 задания управляющих воздействий на уровень металла в кристаллизаторе, управляющие блоки гидравлической имитации движения жидкого металла: блок 6 управления уровнем металла в промежуточном ковше, блок 7 управления “затягиванием” стакана промежуточного ковша, блок 9 управления уровнем металла в кристаллизаторе для стопорной разливки, блок 10 управления уровнем металла в кристаллизаторе для бесстопорной разливки, блок 11 управления скоростью вытягивания заготовки, блок предъявления информации - блок 8 выявления затягивания стакана промежуточного ковша и блоки задания управляющих воздействий второй группы: блок 12 управления первичным охлаждением, блок 13 управления вторичным охлаждением и блок 14 управления качанием кристаллизатора. При этом выходы блока 1 задания исходных условий соединены с входами блоков 2-4 задания управляющих воздействий первой группы, выход блока 4 задания управляющих воздействий на температуру металла в промежуточном ковше соединен с входом блока 5 задания управляющих воздействий на уровень металла в кристаллизаторе и вторым входом блока 7 управления затягиванием стакана промежуточного ковша (управляющий блок гидравлической имитации движения металла). Выходы блоков 2 и 3 задания управляющих воздействий на положение шиберного затвора и уровень металла в промежуточном ковше соответственно соединены с входами блока 6 управления уровнем металла в промежуточном ковше (управляющий блок гидравлической имитации движения жидкого металла). Выход блока 5 задания управляющих воздействий на уровень металла в кристаллизаторе соединен с вторым входом управляющего блока гидравлической имитации движения металла - блока 9 управления уровнем металла в кристаллизаторе для стопорной разливки и блока 10 управления уровнем металла в кристаллизаторе для бесстопорной разливки, которые связаны с выходом блока предъявления информации - блоком 8 выявления затягивания стакана промежуточного ковша и блоком 11 управления скоростью вытягивания заготовки (управляющий блок гидравлической имитации движения жидкого металла). Первые входы управляющих блоков гидравлической имитации движения жидкого металла: блока 7 управления “затягиванием” стакана промежуточного ковша, блока 9 управления уровнем металла в кристаллизаторе для стопорной разливки, блока 10 управления уровнем металла в кристаллизаторе для бесстопорной разливки, блока 11 управления скоростью вытягивания заготовки дополнительно подключены к выходам блока 1 задания исходных условий. Выходы управляющих блоков гидравлической имитации движения жидкого металла: блока 9 управления уровнем металла в кристаллизаторе для стопорной разливки, блока 10 управления уровнем металла в кристаллизаторе для бесстопорной разливки и блока 11 управления скоростью вытягивания заготовки соединены с входами блоков задания управляющих воздействий второй группы: блока 12 управления первичным охлаждением и блоков 13-14 управления вторичным охлаждением и качанием кристаллизатора соответственно.The device comprises a unit 1 for setting the initial conditions, blocks for setting the control actions of the first group: block 2 for setting the control actions for the slide gate of the steel ladle, block 3 for setting the control actions for the level of the metal in the tundish, block 4 for setting the control actions for the temperature of the metal in the tundish , block 5 for setting control actions on the metal level in the mold, control units for hydraulic simulation of the movement of liquid metal: block 6 for controlling the level of metal tall in the tundish, block for controlling the “tightening” of the cup of the tundish, block 9 for controlling the metal level in the mold for stop casting, block 10 for controlling the level of metal in the mold for stop casting, block 11 for controlling the speed of drawing the blank, block for presenting information - block 8 for detecting the tightening of the bucket of the intermediate bucket and the control task setting blocks of the second group: the primary cooling control unit 12, the secondary cooling control unit 13 and the control unit 14 Nia mold oscillation. The outputs of unit 1 for setting initial conditions are connected to the inputs of units 2-4 for setting control actions of the first group, the output of block 4 for setting control actions for metal temperature in the tundish is connected to the input of block 5 for setting control actions for metal level in the mold and the second input of the unit 7 controls for tightening the cup of the intermediate bucket (control unit for hydraulic simulation of metal movement). The outputs of control units 2 and 3 of control actions on the position of the slide gate and the metal level in the intermediate ladle are respectively connected to the inputs of the metal level control unit 6 in the intermediate ladle (control unit for hydraulic simulation of the movement of liquid metal). The output of the control task setting unit 5 on the metal level in the mold is connected to the second input of the control unit for hydraulic simulation of metal motion - the metal level control block 9 in the mold for stop casting and the metal level control block 10 in the mold for non-stop casting, which are associated with the output of the presentation unit information - block 8 detecting the tightening of the glass of the intermediate bucket and block 11 control the speed of drawing the workpiece (control unit hydraulic imit tion of liquid metal motion). The first inputs of the control blocks of the hydraulic simulation of the movement of liquid metal: block 7 for controlling the “tightening” of the cup of the intermediate ladle, block 9 for controlling the metal level in the mold for stop casting, block 10 for controlling the level of metal in the mold for non-stop casting, and block 11 for controlling the speed of the workpiece are additionally connected to the outputs of block 1 of the initial conditions. The outputs of the control blocks of the hydraulic simulation of the movement of liquid metal: block 9 for controlling the level of metal in the mold for stop casting, block 10 for controlling the level of metal in the mold for casting and block 11 for controlling the speed of the workpiece are connected to the inputs of the control unit for control actions of the second group: control unit 12 primary cooling and blocks 13-14 control secondary cooling and oscillation of the mold, respectively.

Управляющие блоки гидравлической имитации движения жидкого металла реализованы на основе физической модели комплекса оборудования применительно, в частности, к сортовой МНЛЗ (см. фиг.2). Моделирование технологического процесса при обучении охватывает в реальном времени следующие операции: заполнение промежуточного ковша в режиме стопорной разливки (под уровень) и разливки открытой струей через стакан-дозатор, истечение из промежуточного ковша и вытягивание из кристаллизатора. Движение жидкого металла имитируется перемещением воды, что достаточно обосновано при соблюдении равенства основных критериев подобия (см. Рутес В.С., Аскольдов В.И., Евтеев Д.П. и др. Теория непрерывной разливки. - М.: Металлургия, 1971, с.103-140).The control units of the hydraulic simulation of the movement of liquid metal are implemented on the basis of the physical model of the equipment complex as applied, in particular, to high-quality continuous casting machines (see figure 2). The simulation of the technological process during training covers the following operations in real time: filling the intermediate ladle in the stop casting mode (under the level) and pouring with an open stream through the dispenser glass, outflow from the intermediate ladle and pulling it out of the mold. The movement of liquid metal is imitated by the movement of water, which is quite justified if the basic criteria of similarity are observed (see Rutes V.S., Askoldov V.I., Evteev D.P. et al. Theory of continuous casting. - M.: Metallurgy, 1971 p. 103-140).

Функциональная схема гидравлической имитации движения жидкого металла содержит (см. фиг.2) промежуточный ковш 1, стопор 2, стопорный механизм 3, электропривод стопора 4. стакан промежуточного ковша 5, шиберный затвор промежуточного ковша 6, стакан-дозатор 7, электропривод шиберного затвора 8, погружной стакан 9, кристаллизатор 10, центробежный насос 11, датчик расхода воды 12, промежуточную емкость 13, обратный клапан 14, предохранительный клапан 15, задвижку с электродвигателем 16, датчик уровня воды в кристаллизаторе 17, датчик уровня воды в промежуточном ковше 18, датчик положения стопора 19, электрический клапан 20, пульты управления 21, электрический шкаф 22 и персональный компьютер 23.Functional diagram of a hydraulic simulation of the movement of liquid metal contains (see figure 2) an intermediate bucket 1, a stopper 2, a locking mechanism 3, an electric actuator stopper 4. a glass of an intermediate bucket 5, a slide gate of an intermediate bucket 6, a dispenser glass 7, an electric actuator of a slide gate 8 , immersion nozzle 9, crystallizer 10, centrifugal pump 11, water flow sensor 12, intermediate tank 13, non-return valve 14, safety valve 15, gate valve with electric motor 16, water level sensor in the mold 17, water level sensor in between SG ladle 18 stopper position sensor 19, an electric valve 20, controls 21, electrical cabinet 22 and the personal computer 23.

Вода циркулирует по замкнутому контуру: промежуточный ковш - кристаллизатор. Для регулирования уровня воды в модели промежуточного ковша контур разорван резервной емкостью. Подкачка воды из резервной емкости позволяет обеспечить имитацию режимов заполнения “промежуточного ковша” металлом из сталеразливочного ковша. Вытягивание слитка из кристаллизатора воспроизводится откачкой воды из модели последнего в резервную емкость, при этом регулирование скорости вытягивания заготовок осуществляется путем изменения частоты вращения циркуляционного насоса в широком диапазоне изменения скоростей разливки. Стопор “промежуточного ковша” приводится в движение манипулятором с электромеханическим приводом.Water circulates in a closed circuit: the intermediate bucket is a crystallizer. To control the water level in the tundish model, the circuit is broken by a reserve tank. Pumping water from the reserve tank allows you to simulate the filling modes of the “intermediate ladle” with metal from a steel pouring ladle. Pulling the ingot from the mold is reproduced by pumping water from the model of the latter into a reserve tank, while the speed of drawing the blanks is controlled by changing the speed of the circulation pump in a wide range of casting speeds. The stopper of the “intermediate bucket” is set in motion by a manipulator with an electromechanical drive.

Управляющие блоки гидравлической имитации движения жидкого металла осуществляют свои функции с использованием программируемого контроллера, подключенного к датчикам расхода и преобразователям разности давления воды, потенциометрам для контроля положения стопора и датчикам положения шиберного затвора “промежуточного ковша”, а также исполнительным механизмам.The control units of the hydraulic simulation of the movement of liquid metal perform their functions using a programmable controller connected to flow sensors and transducers of the difference in water pressure, potentiometers for monitoring the position of the stopper and the position sensors of the slide gate of the “intermediate bucket”, as well as actuators.

Блоки задания управляющих воздействий осуществляют свои функции супервизором. Разработанное программное обеспечение позволяет моделировать динамическое поведение отдельных узлов машины, управляющие команды, а также визуализацию движения металла на участке промежуточный ковш - кристаллизатор. Для этой цели используются три персональных компьютера, объединенных в единую информационную сеть, а также принтер для распечатки выходных данных.Control task assignment blocks carry out their functions as a supervisor. The developed software allows you to simulate the dynamic behavior of individual machine components, control commands, as well as visualization of the movement of metal in the intermediate bucket - mold section. For this purpose, three personal computers are used, combined into a single information network, as well as a printer for printing output data.

Разработанный тренажер системы управления непрерывной разливкой стали позволяет осуществлять управление процессами разливки как в автоматическом, так и в дистанционном и ручном режимах.The developed simulator of the control system for continuous casting of steel allows controlling the casting processes both in automatic and in remote and manual modes.

Процесс обучения на тренажере осуществляется следующим образом.The training process on the simulator is as follows.

Перед началом моделирования процесса непрерывной разливки стали обучаемый выполняет ряд организационных операций, связанных с подготовкой оборудования. Производится проверка готовности электрического, механического оборудования, проверяется наличие воды в промежуточном ковше и кристаллизаторе, в случае необходимости производится их опорожнение. По готовности установки формируется разрешение на разливку. С помощью блока задания исходных условий 1 производится передача данных о конструкции машины, емкости сталеразливочного и промежуточного ковшей, температуре металла, технологических параметрах, задании уровней металла в промежуточном и сталеразливочном ковшах на соответствующие блоки задания управляющих воздействий и управляющие блоки гидравлической имитации движения жидкого металла. При этом производится открытие шиберного затвора сталеразливочного ковша (блок 2) и наполнение промежуточного ковша (блок 3), при достижении определенного уровня в промежуточном ковше производится открытие его стопора (блок 6) и заполнение кристаллизатора в определенном режиме (блоки 9, 10) в зависимости от технологических параметров процесса (блоки 4, 7) и имеющейся дополнительной информации (блок 8). При достижении определенного уровня в кристаллизаторе включается привод вытягивания и ручей выходит на заданную скорость вытягивания заготовки (блок 11) и соответствующие параметры первичного и вторичного охлаждения (блоки 12, 13), а также качания кристаллизатора (блок 14).Before starting the modeling of the process of continuous casting of steel, the student performs a number of organizational operations related to the preparation of equipment. The readiness of the electrical and mechanical equipment is checked, the presence of water in the tundish and mold is checked, and if necessary, they are emptied. Upon completion of the installation, a permit for casting is formed. Using the unit for setting the initial conditions 1, data is transmitted on the design of the machine, the capacity of the steel-pouring and intermediate ladles, the metal temperature, technological parameters, the setting of metal levels in the intermediate and steel-pouring ladles to the corresponding control task sets and the control blocks of the hydraulic simulation of the movement of liquid metal. In this case, the slide gate of the steel pouring ladle is opened (block 2) and the intermediate ladle is filled (block 3), when a certain level is reached in the intermediate ladle, its stopper is opened (block 6) and the mold is filled in a certain mode (blocks 9, 10) depending from technological parameters of the process (blocks 4, 7) and available additional information (block 8). When a certain level is reached in the mold, the pull drive is turned on and the stream reaches the predetermined draw speed of the workpiece (block 11) and the corresponding parameters of primary and secondary cooling (blocks 12, 13), as well as the swing of the mold (block 14).

Управление системой в соответствии с разработанным алгоритмом осуществляется супервизором, выполненным на базе персонального компьютера. Усилительно-преобразовательные блоки, обрабатывающие сигналы с датчиков уровня “металла”, положения стопора промежуточного ковша, исполнительных механизмов, выполнены на базе программируемого логического контроллера и размещены в отдельном блоке электроники (электрический шкаф, поз.22, фиг.2).The system is controlled in accordance with the developed algorithm by a supervisor based on a personal computer. The amplifying and converting blocks that process the signals from the sensors of the “metal” level, the position of the stopper of the intermediate bucket, actuators, are made on the basis of a programmable logic controller and placed in a separate electronics unit (electrical cabinet, item 22, figure 2).

В режиме ручного пуска обучаемый управляет положением стопора промежуточного ковша непосредственно от рычага или от кнопок дистанционного пульта. Переход на ручное управление легко выполняется переключением соответствующих кнопок на пультах управления (поз.21, фиг.2), при этом задание на скорость вытягивания заготовки формируется от потенциометра, а не от программируемого логического контроллера.In the manual start mode, the student controls the position of the stopper of the tundish directly from the lever or from the buttons of the remote control. The transition to manual control is easily performed by switching the corresponding buttons on the control panels (item 21, figure 2), while the task for the workpiece pulling speed is generated from the potentiometer, and not from the programmable logic controller.

Обучаемый, анализируя воздействие различных возмущающих факторов, возникающих в процессе разливки: изменения скорости разливки или расходной характеристики стакана-дозатора при его разъедании, а также затягивания стакана промежуточного ковша, принимает соответствующие управляющие воздействия, обеспечивающие нормальный ход разливки. Кроме того, у обучаемого формируются навыки управления в аварийных и предаварийных ситуациях (прорыв металла, переполнение кристаллизатора и т.д.)The trainee, analyzing the effects of various disturbing factors that occur during the casting process: changes in the casting speed or flow characteristics of the dispensing cup when it is corroded, as well as tightening the cup of the intermediate ladle, takes appropriate control actions to ensure the normal casting progress. In addition, the learner develops management skills in emergency and pre-emergency situations (metal breakthrough, mold overflow, etc.)

Возможность моделировать аварийные ситуации, в частности, при ручном управлении непрерывной разливкой представляет собой одно из наиболее существенных преимуществ, поскольку обучаемый получает опыт, т.е. обучается выполнению требуемых действий для безопасного устранения таких аварийных ситуаций в МНЛЗ.The ability to simulate emergency situations, in particular, with manual control of continuous casting, is one of the most significant advantages, since the trainee receives experience, i.e. is trained to perform the required actions for the safe elimination of such emergencies in CCM.

Кроме того, использование именно физической модели комплекса оборудования и новых технологий программных средств, позволяющих моделировать работу машин непрерывного литья заготовок для всех типов разливки в широком диапазоне разливаемых сечений и скоростей разливки, наличие при этом обратных связей в системах автоматического управления разливкой позволяет также производить разработку программного обеспечения для действующих МНЛЗ и отладку систем автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе.In addition, the use of a physical model of the equipment complex and new software technologies that allow simulating the operation of continuous casting machines for all types of casting in a wide range of cast sections and casting speeds, while the presence of feedbacks in automatic casting control systems also allows the development of software providing for existing continuous casting machines and debugging systems for automatically maintaining the metal level in the mold.

Таким образом, гидравлическая имитация движения жидкого металла на участке промежуточный ковш - кристаллизатор и визуализация изучаемых процессов повышает степень информационного подобия тренажера реальному объекту и обеспечивает формирование у обучаемого рациональных навыков управления непрерывной разливкой стали.Thus, hydraulic imitation of the movement of liquid metal in the intermediate ladle-crystallizer section and visualization of the processes under study increases the degree of information similarity of the simulator to a real object and ensures that the learner develops rational skills in managing continuous casting of steel.

Использование изобретения повышает эффективность обучения.The use of the invention increases the effectiveness of training.

Claims

A simulator for an operator of a control system for continuous casting of steel, containing a unit for setting initial conditions connected to groups of interconnected units for setting control actions, and control units for hydraulic simulation of the movement of liquid metal, characterized in that the control units for hydraulic simulation of the movement of liquid metal have a control unit for the metal level in the intermediate bucket, control unit for tightening the glass of the intermediate bucket, control units for the metal level in the mold for locking and non-stop casting, a block for controlling the speed of drawing the workpiece and a block for detecting the tightening of the glass of the intermediate bucket; blocks for setting control actions of the first group have a block for setting control actions on the position of the slide gate of the steel ladle, a block for setting control actions on the metal level in the tundish, a block for setting control actions on the metal temperature in the tundish, a block for setting control actions on the metal level in the mold; second control unit for controlling actions of the second group have a primary cooling control unit, secondary cooling control unit and mold swing control unit, while the outputs of the initial setting unit are also connected to the inputs of the control units of hydraulic simulation of the movement of liquid metal, the outputs of the control unit for controlling actions on the position of the slide gate the steel ladle and the metal level in the intermediate ladle are connected to the input of the metal level control unit in the intermediate ladle e, the output of the control task set unit for controlling the temperature of the metal in the intermediate ladle is connected to the input of the control unit for tightening the glass of the intermediate ladle and the input of the set control unit for controlling the metal level in the mold, the outputs of which are connected to the inputs of the metal level control blocks in the mold for stop and non-stop casting , which, in turn, are interconnected with the unit for detecting the tightening of the glass of the intermediate bucket, and the outputs of these blocks are connected to the input of the control unit Lenia primary cooling, and the yield of metal level control unit in the mold for casting for slide connected to the input of the control unit billet withdrawing speed, which outputs are in turn connected to the inputs of a secondary cooling control blocks and mold oscillation.