TWI593483B - 用於連續鑄造設備之動態回授控制系統及伺服系統 - Google Patents

Description

用於連續鑄造設備之動態回授控制系統及伺服系統

本發明是有關於一種動態回授控制系統及伺服系統，且特別是有關於一種用於連續鑄造設備之動態回授控制系統及伺服系統。

連鑄鑄造設備為一種應用連續鑄造技術之金屬鑄造設備，其係透過數個鑄道輥輪組來將液態的熔融金屬直接凝固並輥軋成金屬薄片。在鋼胚的生產中，合金元素在固相和液相中的溶解度差異會造成鋼胚由外向內凝固時的中心偏析問題。為避免鋼胚中心偏析的問題產生，需在連續鑄造製程中對鋼胚施加壓力使其均勻然而，習知連鑄機的輥輪滾輪組設計僅具有壓力控制功能，所需之下壓力係透過材料力學之數學模型計算而得。一且生產製程條件與數學模式不同，舊有的壓力控制模式容易對鋼胚產生過壓或是壓下不足的問題，造成鋼胚中心品質的變異與不穩定。

本發明的目的是在於提供一種用於連續鑄造設備的動態回授控制系統及伺服系統，其可在鋼胚澆注中動態調整連續鑄造設備中鑄道輥輪組的輥輪間開度，且可確保鋼胚中心的品質，避免鋼胚中心偏析問題產生。

根據本發明之上述目的，提出一種動態回授控制系統，其適用於連續鑄造設備且包含感測模組、計算模組和控制模組。感測模組用以感測連續鑄造設備之鑄道輥輪組之開度實際值。計算模組用以對開度實際值及開度設定值進行運算，以產生誤差訊號。控制模組用以依據誤差訊號產生控制訊號，以動態調整鑄道輥輪組之輥輪間開度。

依據本發明的一實施例，在上述誤差訊號低於一下限門檻值時，上述控制訊號使輥輪間開度增加。

依據本發明的又一實施例，在上述誤差訊號高於一上限門檻值時，上述控制訊號使輥輪間開度縮減。

依據本發明的又一實施例，上述控制模組係經由控制耦接於鑄道輥輪組之電磁閥來調整鑄道輥輪組之輥輪間開度。

根據本發明之上述目的，另提出一種動態回授控制系統，其適用於連續鑄造設備且包含多個感測模組、計算模組和多個控制模組。此些感測模組用以分別感測連續鑄造設備之多個鑄道輥輪組之開度實際值。計算模組用以對此些開度實際值及開度設定值進行運算，以產生多個誤差訊號。此些控制模組用以分別依據此些誤差訊號產生多個控制訊號，以分別動態調整此些鑄道輥輪組之輥輪間開度。

依據本發明的一實施例，在此些誤差訊號之一誤差訊號低於一下限門檻值時，此些控制訊號中對應此誤差訊號之控制訊號使此些鑄道輥輪組中對應此誤差訊號之一鑄道輥輪組之輥輪間開度增加。

依據本發明的又一實施例，在此些誤差訊號之一誤差訊號高於一上限門檻值時，此些控制訊號中對應此誤差訊號之控制訊號使此些鑄道輥輪組中對應此誤差訊號之一鑄道輥輪組之輥輪間開度縮減。

依據本發明的又一實施例，上述計算模組更用以比較此些鑄道輥輪組之開度實際值，且於此些開度實際值均大於開度設定值且此些開度實際值中之一最大開度實際值與一最小開度實際值的差距大於一差距門檻值時，上述計算模組送出一停止訊號至此些鑄道輥輪組中對應最小開度實際值之一鑄道輥輪組之控制模組，以停止調整此鑄道輥輪組之輥輪間開度，直到最大開度實際值與最小開度實際值之差距小於差距門檻值。

依據本發明的又一實施例，上述計算模組更用以比較此些鑄道輥輪組之開度實際值，且於此些開度實際值均小於開度設定值且此些開度實際值中之一最大開度實際值與一最小開度實際值的差距大於一差距門檻值時，上述計算模組送出一停止訊號至此些鑄道輥輪組中對應最大開度實際值之一鑄道輥輪組之控制模組，以停止調整此鑄道輥輪組之輥輪間開度，直到最大開度實際值與最小開度實際值之差距小於差距門檻值。

根據本發明之上述目的，另提出一種伺服系統。此伺服系統包含多個動態回授控制系統及一動態開度控制伺服器。此些動態回授控制系統係前述動態回授控制系統之任一種動態回授控制系統。動態開度控制伺服器用以分別將至少一開度設定值傳輸至此些動態回授控制系統，使此些動態回授控制系統分別依據開度設定值調整多個鑄道輥輪組之輥輪間開度。

100、300、530(1)~530(L)‧‧‧動態回授控制系統

110、310(1)~310(N)‧‧‧感測模組

120、320‧‧‧計算模組

130、330(1)~330(N)‧‧‧控制模組

500‧‧‧伺服系統

510‧‧‧動態開度控制伺服器

520(1)~520(M)‧‧‧伺服分配器

G‧‧‧輥輪間開度

R、R(1)~R(N)‧‧‧鑄道輥輪組

R1‧‧‧上輥輪

R2‧‧‧下輥輪

V1~V4‧‧‧開度實際值

△V‧‧‧差距

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1〕繪示依據本發明實施例之動態回授控制系統的功能方塊示意圖；〔圖2〕繪示〔圖1〕之動態回授控制系統應用至鑄道輥輪組後之開度實際值的感測結果；〔圖3〕繪示依據本發明實施例之動態回授控制系統的功能方塊示意圖；〔圖4A〕繪示最大開度實際值與最小開度實際值之差距大於差距門檻值時停止調整對應最小開度實際值之輥輪間開度的示意圖；〔圖4B〕繪示最大開度實際值與最小開度實際值之差距大於差距門檻值時停止調整對應最大開度實際值之輥輪間開度的示意圖；以及 〔圖5〕繪示依據本發明實施例之伺服系統的功能方塊示意圖。

以下仔細討論本發明的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

圖1係繪示依據本發明實施例之動態回授控制系統100的功能方塊示意圖。動態回授控制系統100適用於連續鑄造設備中的鑄道輥輪組R，且其包含感測模組110、計算模組120和控制模組130。

感測模組110用以量測鑄道輥輪組R，以得到鑄道輥輪組R的開度實際值，此開度實際值代表上輥輪R1與下輥輪R2之間的滾輪間開度G。感測模組110可以是電磁脈衝偵測器，其利用電磁波來偵測上輥輪R1相對於下輥輪R2的位置，接著再將偵測結果換算為鑄道輥輪組R的開度實際值。

計算模組120耦接於感測模組110，其用以對開度實際值與一開度設定值進行運算，以產生誤差訊號。計算模組120可以是一加法器，其正輸入端用以輸入開度實際值，其負輸入端用以輸入開度設定值，且其輸出端用以輸出經運算後所得到的誤差訊號。

控制模組130耦接於計算模組120，其用以依據誤差訊號產生一控制訊號，以動態調整鑄道輥輪組R之輥輪 間開度G。控制模組130可以是一比例-積分-微分(proportional-integral-derivative；PID)控制器或其他相似的控制器。此外，計算模組120與控制模組130另可整合於一可程式化邏輯控制器(programmable logic controller)中。

在一些實施例中，控制模組130根據預設門檻值來調整輥輪間開度G。預設門檻值包含上限門檻值和下限門檻值。若誤差訊號高於上限門檻值，則控制模組130輸出的控制訊號使鑄道輥輪組R之輥輪間開度G縮減。若誤差訊號低於下限門檻值，則控制模組130輸出的控制訊號使鑄道輥輪組R之輥輪間開度G增加。預設門檻值可根據鋼胚規格來對應設定。如此一來，可將鑄道輥輪組R之輥輪間開度G控制在一定的範圍內，以確保鑄道輥輪組R的定位精度以及誤差。

此外，在一些實施例中，控制模組130將控制訊號輸出至一電磁閥，此電磁閥連接鑄道輥輪組R之上輥輪R1和下輥輪R2，以根據控制訊號來自動調整鑄道輥輪組R之輥輪間開度G。電磁閥可以是例如一油壓閥，其包含控制油路塊和缸體油路塊，其中控制油路塊用以控制油壓鋼的前後作動，而缸體油路塊用以控制缸體內的壓力，使其在受到鋼胚的推擠作用時不會超過缸體的設計壓力。應注意的是，本發明之電磁閥並不以上述油壓閥為限。

圖2繪示將動態回授控制系統100應用至鑄道輥輪組R後之開度實際值的感測結果。由圖2可看出，當開 度實際值高於開度設定上限值(即開度設定值加上上限門檻值)時，開度實際值可在短時間內回到低於開度設定上限值，且當開度實際值低於開度設定下限值(即開度設定值加上下限門檻值)時，開度實際值可在短時間內回到高於開度設定下限值。

由上述可知，本發明之動態回授控制系統100可控制鑄道輥輪組R之輥輪間開度G，使其位於一限定範圍內，以確保鋼胚中心的品質。

上述實施例之動態回授控制功能亦可應用至具有多個鑄道輥輪組的連續鑄造設備。圖3繪示依據本發明實施例之動態回授控制系統300的功能方塊示意圖。動態回授控制系統300適用於連續鑄造設備中的鑄道輥輪組R(1)~R(N)，且其包含感測模組310(1)~310(N)、計算模組320和控制模組330(1)~330(N)。感測模組310(1)~310(N)分別用以量測鑄道輥輪組R(1)~R(N)，以得到鑄道輥輪組R(1)~R(N)的開度實際值。計算模組320耦接於感測模組310(1)~310(N)，其用以對鑄道輥輪組R(1)~R(N)之開度實際值與一開度設定值進行運算，以產生多個誤差訊號。控制模組330(1)~330(N)耦接於計算模組320，其分別用以依據此些誤差訊號產生多個控制訊號，以分別動態調整鑄道輥輪組R(1)~R(N)之輥輪間開度。感測模組310(1)~310(N)和控制模組330(1)~330(N)之技術內容與效果分別與圖1之和感測模組110和控制模組130相同，故在此不贅述。

在一些實施例中，計算模組320可包含多個加法器，其數量與鑄道輥輪組R(1)~R(N)之數量相同。此些加法器的正輸入端用以輸入對應的開度實際值，其負輸入端用以輸入開度設定值，且其輸出端用以輸出經運算後所得到的誤差訊號。

由於在鑄道輥輪組R(1)~R(N)之間具有連結機構，在鑄道輥輪組R(1)~R(N)的滾輪間開度G之間的差距過大的情況下，機體可能會有變形情況產生。在一些實施例中，若感測到的鑄道輥輪組R(1)~R(N)的開度實際值差距過大時，計算模組320送出停止訊號對應的控制模組330(1)~330(N)，以停止調整對應鑄道輥輪組R(1)~R(N)的輥輪間開度，避免鑄道輥輪組R(1)~R(N)的滾輪間開度G之間的差距繼續擴大。

以下以圖4A和4B並以四個鑄道輥輪組(即N=4)為例說明。在圖4A中，對應鑄道輥輪組R(1)~R(N)的開度實際值V1~V4均大於開度設定值，且控制模組330(1)~330(4)輸出的控制訊號使鑄道輥輪組R(1)~R(N)之輥輪間開度G縮減，使得開度實際值V1~V4對應往開度設定值縮減。若是開度實際值V1~V4中的最大開度實際值(開度實際值V3)與最小開度實際值(開度實際值V2)之差距△V大於差距門檻值時，則計算模組320送出停止訊號至控制模組330(2)，使得控制模組330(2)停止調整鑄道輥輪組R(2)之輥輪間開度。直到差距△V小於差距門檻值。

在圖4B中，對應鑄道輥輪組R(1)~R(N)的開度實際值V1~V4均小於開度設定值，且控制模組330(1)~330(4)輸出的控制訊號使鑄道輥輪組R(1)~R(N)之輥輪間開度G增加，使得開度實際值V1~V4對應往開度設定值增加。若是開度實際值V1~V4中的最大開度實際值(開度實際值V3)與最小開度實際值(開度實際值V2)之差距△V大於差距門檻值時，則計算模組320送出停止訊號至控制模組330(3)，使得控制模組330(3)停止調整鑄道輥輪組R(3)之輥輪間開度。直到差距△V小於差距門檻值。

圖5繪示依據本發明實施例之伺服系統500的功能方塊示意圖。伺服系統500用以管理多個連續鑄造設備之輥輪間開度的動態調整，且其包含動態開度控制伺服器510、伺服分配器520(1)~520(M)和動態回授控制系統(為方便說明，圖5僅繪示通訊連接至伺服分配器520(1)的動態回授控制系統530(1)~530(L)，其餘伺服分配器520(2)~520(M)亦可分別通訊連接相同或不同數量的動態回授控制系統)。動態開度控制伺服器510將開度設定值送至伺服分配器520(1)~520(M)，接著伺服分配器520(1)~520(M)分別將開度設定值送至對應的動態回授控制系統(例如伺服分配器520(1)將開度設定值送至動態回授控制系統530(1)~530(L))。若是此些連續鑄造設備的整體規模不大，則可不使用伺服分配器520(1)~520(M)，而是由動態開度控制伺服器510直接將開度設定值送至動態回授控制系統。動態回授控制系統530(1)~530(L)可為如圖 1之動態回授控制系統100或圖3之動態回授控制系統300。動態回授控制系統530(1)~530(L)可將感測數據以及控制資料送至動態開度控制伺服器510。

由以上說明可知，將本發明實施例之動態回授控制系統及伺服系統應用至連續鑄造設備，可在鋼胚澆注中動態調整連續鑄造設備中鑄道輥輪組的輥輪間開度，且可確保鋼胚中心的品質，避免鋼胚中心偏析問題產生。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧動態回授控制系統

110‧‧‧感測模組

120‧‧‧計算模組

130‧‧‧控制模組

G‧‧‧輥輪間開度

R‧‧‧鑄道輥輪組

R1‧‧‧上輥輪

R2‧‧‧下輥輪

Claims (5)

1. 一種動態回授控制系統，適用於一連續鑄造設備，該動態回授控制系統包含：複數個感測模組，用以分別感測該連續鑄造設備之複數個鑄道輥輪組之開度實際值；一計算模組，用以對該些開度實際值與一開度設定值進行運算，以產生複數個誤差訊號；以及複數個控制模組，用以分別依據該些誤差訊號產生複數個控制訊號，以分別動態調整該些鑄道輥輪組之輥輪間開度；其中該計算模組更用以比較該些鑄道輥輪組之開度實際值，且於該些開度實際值均大於該開度設定值且該些開度實際值中之一最大開度實際值與一最小開度實際值的差距大於一差距門檻值時，該計算模組送出一停止訊號至該些鑄道輥輪組中對應該最小開度實際值之一鑄道輥輪組之控制模組，以停止調整該鑄道輥輪組之輥輪間開度，直到該最大開度實際值與該最小開度實際值之差距小於該差距門檻值。
2. 一種動態回授控制系統，適用於一連續鑄造設備，該動態回授控制系統包含：複數個感測模組，用以分別感測該連續鑄造設備之複數個鑄道輥輪組之開度實際值；一計算模組，用以對該些開度實際值與一開度設定值進行運算，以產生複數個誤差訊號；以及 複數個控制模組，用以分別依據該些誤差訊號產生複數個控制訊號，以分別動態調整該些鑄道輥輪組之輥輪間開度；其中該計算模組更用以比較該些鑄道輥輪組之開度實際值，且於該些開度實際值均小於該開度設定值且該些開度實際值中之一最大開度實際值與一最小開度實際值的差距大於一差距門檻值時，該計算模組送出一停止訊號至該些鑄道輥輪組中對應該最大開度實際值之一鑄道輥輪組之控制模組，以停止調整該鑄道輥輪組之輥輪間開度，直到該最大開度實際值與該最小開度實際值之差距小於該差距門檻值。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之動態回授控制系統，其中在該些誤差訊號之一誤差訊號低於一下限門檻值時，該些控制訊號中對應該誤差訊號之一控制訊號使該些鑄道輥輪組中對應該誤差訊號之一鑄道輥輪組之輥輪間開度增加。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之動態回授控制系統，其中在該些誤差訊號之一誤差訊號高於一上限門檻值時，該些控制訊號中對應該誤差訊號之一控制訊號使該些鑄道輥輪組中對應該誤差訊號之一鑄道輥輪組之輥輪間開度縮減。
5. 一種伺服系統，包含： 複數個動態回授控制系統，每一該些動態回授控制系統係申請專利範圍第1至4項中任一項所述之動態回授控制系統；以及一動態開度控制伺服器，用以分別將至少一開度設定值傳輸至該些動態回授控制系統，使該些動態回授控制系統分別依據該至少一開度設定值調整複數個鑄道輥輪組之輥輪間開度。