２０１０年５月 第二期 全 １３ 连铸机塞棒自动控制 陈益伟梅金波骆志明 （杭州钢铁集团公司转炉厂杭州 ３１００２２） 摘要：介绍了塞棒自动控制系统电气原理，及其在控制连铸机结晶液面高度上的应用和效果。 关键词：连铸机；结晶器；液面；塞棒；自动控制 Ｕ 刖吾 转炉厂二连铸车间目前有两台连铸机，连铸机 的主要工艺参数如下：、 机型：全弧形连铸机 基本半径：Ｒ９ｍ 流间距：１４００ｍｍ 流数：五机五流 图１ 塞棒控制系统组成示意图 铸坯断面及定尺：１５０×１５０ｍ２；２００×２００姗２； １．１液位检测系统 １５０×３２０舢ｎ２ 我厂结晶器钢水液面高度检测装置采用ｃｓ一 拉坯速度： １３７作为放射源，属于同位素式钢水液面计，其特点 铸坯断面（眦ｎ２）：１５０Ｘ １５０；２００×２００；１５０×３２０ 是信号稳定，受干扰少，结构简单，性能稳定，精度 匹配拉速（ｍ／ｒａｉｎ）：１．７８；１．２６；０．９５ 高，使用维护方便。工作原理是放射源发射出恒定 设计最大拉速（ｍ／ｒａｉｎ）：３；１．８；１．６ 的射线穿过被测钢液时一部分被吸收，而使射线强 冶金长度：２６．８ｍ 度变化，其变化规律是随钢液面高度的增加，射线 结晶器：液面自控，电磁搅拌。铜管长９００１／ｌｉｎ 强度减弱，检测出射线强度的变化，就可以转换出 振动方式：复式半板簧正弦振动 钢液面高度的变化。接收器接受射线，并转换为电 二次冷却：自动配水，全水冷却 信号传给二次仪表。 单台连铸年产量：８０万ｔ １．２塞棒机构 为生产高附加值的产品，对铸坯的质量要求越 塞棒机构的工作原理是接到控制器的指令后， 来越严格。连铸生产中结晶器钢水液面波动较大 电机启动带动执行机构，塞棒作开关运动。电动缸 时，易形成卷渣，影响铸坯质量，严重时会引起漏 里的位置传感器将目前塞棒位置及时传递给控制 钢；而传统的手动浇钢易使结晶器液面产生较大的 系统，控制系统再根据结晶器液面情况判定塞棒位 波动，且工人劳动强度大。因此使用塞棒自动控制 置是需开或关，完成一次开关后，位置传感器再将 系统使钢水液面保持稳定的状态尤为重要。 位置传递给控制系统，再根据液面情况判定塞棒开 ｌ连铸机塞棒自动控制系统 关，如此周而复始，直至结晶器内钢水液面达到设 定值（此时拉速为相对恒定值）。当拉速增加，液位 塞棒自动控制系统由液面检测系统，塞棒机 瞬时降低，控制器将控制塞棒开启直至液位调整到 构，可编程控制器，工控机，伺服液压缸，电气柜，操 设定位置，反之亦然。 作盒及相应的控制软件等几个部分组成。其控制 塞棒控制系统有三种工作状态： 系统组成示意图如下： １）自动方式：在条件满足的情况下，可以将控 １４ Ｓ ｕ．ｓｂ全 ２０１０年５月 第二期 制方式转为自动，为避免塞棒振动过大，需要在实 有限差分代替，则可得出近似的离散ＰＩＤ表达式： ｕ（ｋ）＝ｋ ｛ｅ（ｋ）＋ １∑ｅ（ｉ）＋ Ｚ Ｄ［ｅ（ｋ）一ｅ（ｋ 』，０＝０ 际液位与设定液位相差在５ｍｍ范围内才能切换成 自动方式。此时塞棒的开关由液面检测系统传送 』 信号，通过可编程控制器决定塞棒的开启。 ２）点动方式：塞棒的开关由监控画面上的点动 按钮控制，此功能主要用在检修时。 ３）手动方式：电动系统解除，通过塞棒机构侧 面的人工压杆带动齿轮齿条使塞棒实现开关。 １．３系统硬件及软件设计 本系统使用西门子ＰＬＣ ｓ７—３００做为控制器， ＰＬＣ系统是结晶器液位检测及塞棒伺服控制系统 的核心部件，它将液位检测系统输出信号转换成液 位高度值，根据液位高度值和塞棒位置反馈值，采 用ＰＩＤ调节算法进行运算，得到塞棒调节的位移 量，依据位移量给出伺服信号，控制执行机构调节 塞棒的位移，实现液位的ＰＩＤ控制，进而控制结晶 器液位的平稳，达到防止因液位波动较大而产生卷 渣，漏钢，溢钢的目的。有利于提高铸坯的质量，监 测液面检测系统及塞棒控制系统的工作状态，防止 异常事件发生；接收来自上位机设定的相关参数， 并将检测到的液位值，塞棒位置及整个系统的状态 传送到上位机；接受手操盒送来的命令，完成相应 的动作。其示意图如下： 图２ 系统硬件示意图 ．２塞棒的控制方式 、 塞棒自动控制程序中，采用ＰＩＤ控制，其微分 方程的一般形式为：‘ 、 ｒ ７／ 、 Ｍ（ ）＝ｋｐ［ｅ（￡）＋ １Ｉ｜ ｌ ｅ（ ）ｄｔ＋ ｕ ］ （１） 式中： （ｔ）为控制器的输出；ｅ（ｔ）为系统给定 量与被控量的偏差；ｋ 为是比例系数；Ｔｔ为是积分 时间常数；Ｔｏ为是微分时间常数。由于计算机系 统是一种采样控制系统，它只能根据采样时刻的 偏差值计算控制量。因此，为了使计算机能实现式 （１），必须将其离散化，积分用累加求和代替，微分用 一１）］｝ （２） 令ｋ，＝ １；ｋＤ＝后Ｐ ＩＤ 』 ｋ 贝４“（ｋ）＝ｋｐｅ（ｋ）＋ｋ，∑ｅ（ ）＋ｋＤ［ｅ（ｋ）一ｅ Ｕ （ｋ～１）］ （３） 式中： 为采样周期；ｅ（ｋ）为系统第ｋ次采样 时刻的偏差，本系统中代表液位的偏差ＡＨ；也代表 塞棒位置的偏差ＡＳ；ｅ（ｋ一１）为系统第ｋ一１次采 样时刻的偏差值；ｋ，为积分系数；ｋＤ为微分系数。 本系统采用串级控制方法，内环为位置环，外 环为液位环，既采用两级ＰＩＤ控制方法；第一级为 液位检测ＰＩＤ，液位检测ＰＩＤ控制器的输入量为控 制误差△Ｈ＝ｈ 一ｈｒ，其中ｈ 是结晶器液位设定 点，ｈ，是实际检测的结晶器液位，其输出量，５／／是 第二级ＰＩＤ（既塞棒位置ＰＩＤ）控制器的塞棒位置设 定点ｓ ，它与检测到的塞棒的实际位置Ｓ，为第二级 控制模块输入量，他们的差即ＡＳ：ｓ，一ｓｆ作为塞 棒执行机构的电信号驱动电动缸上下动作。 图３塞棒控制方框图 ３塞棒自动控制的生产实践 这里以１５０ｍｍ×１５０ｒａｍ方坯４５号钢在中间罐 温度为１５２０度是的浇注为例，其操作如下： １）在监视画面上设定结晶器液位为８０％。 ２）在浇注操作盒上设定浇注速度为２．０ｍ／ｍｉｎ。 此时液位检测到结晶器内实际钢水液面为 ７０％，则计算机根据电动缸上的位置反馈来传达指 令，电动执行机构开启塞棒，当液位上涨到７７％时， 计算机会根据目前位置反馈再次下达指令开启塞 棒，当液位检测为８３％时，计算机会根据目前的位 置反馈下达指令关闭塞棒。如此周而复始，直到液 位检测到的数据与设定的８０％相符为止。这一切 均在瞬间完成。在浇注过程中，由于种种原因，一旦液 位检测到的数据与设定值不符时，计算机将根据位置 反馈再次调整上下位置，让钢水在结晶器内始终保持 在一个相对稳定、合理位置，保证了铸坯的质量。 ２０１０年５月 第二期 ，Ｉ｝舍 １５ 滚动轴承ＳＫＦ振动分析仪 周炜 （杭州钢铁集团公司维检中心杭州 ３１００２２） 摘要：简要阐述机械故障诊断振动分析技术，利用ＳＫＦ振动分析仪对除尘风机故障的诊断分析，探讨振 动检测技术在各类旋转设备故障诊断上的应用。 关键词：振动频谱分析；滚动轴承；故障；诊断 Ｏ前言 超声段大约２０～６０ｋＨｚ范围。 振动分析是设备故障诊断最重要最常用的方 法，各种振动分析仪器采集故障设备的振动信号， 累 积 通过对振动信号的波形、频谱、相位进行分析，诊断 的 出设备的故障部位、类型及严重程度，以便据此采 损 伤 取相应的措施。滚动轴承是旋转机械设备中较易 损坏的部分，对其振动分析，可以诊断出轴承的运 行状况，及时采取相应措施。 １滚动轴承振动分析 图１ 滚动轴承典型故障发展过程 １．１滚动轴承故障发展的４个阶段 第二阶段，温度正常，噪声略增大，振动速度总 第一阶段，即轴承开始出现故障的萌芽阶段， 量略增大，振动频谱变化不明显，但尖峰能量有大 这时温度正常，噪声正常，振动速度总量及频谱正 的增加，频谱也更加突出。这时的轴承故障频率出 常，但尖峰能量总量及频谱有所征兆，反映轴承故 现在大约５００Ｈｚ～２ｋＨｚ范围。 障的初始阶段。这时真正的轴承故障频率出现在 第三阶段，温度略升高，可耳听到噪声，振动速 ４使用注意事项 棒控制系统故障，而转换开关失效，无法切换出塞 棒控制，影响实际生产，而拔下插头可自由控制塞 １）关于温度对电动缸及塞棒机构的影响：在 棒机构继续浇铸。 实际浇铸过程中，电动缸温度越高，在控制中的误 ４）为保证检测液位的准确性，在每一次更换结晶 差就越大，液面也就越不稳定，超出控制范围后导 器或接收器后都要求重新做标定，以保证液位的精度。 致液面失控。首先注意的是中包烘烤时务必将电 动缸取下，离开烘烤区域，同时考虑对塞棒机构增 ５结语 加必要的热保护装置并规范使用。 塞棒自动控制的应用大大提高了连铸机的作 ２）关于塞棒位置的校验：由于系统默认驱动 业率，提高了铸坯的质量，并减少了劳动定员，减轻 器得电时所检测到的位置为中间位，并以此为基点 了岗位操作工的劳动强度。 控制塞棒的开闭，所以必须注意的是在驱动器上电 前确认塞棒机构也在中间位置。 收稿日期：２００９—１２—１８ ３）紧急情况下，拔下电缆插头，塞棒可用手柄 审稿：卢芬兰 手动操作塞棒机构。紧急情况这里指的是比如塞 编辑：魏海青