钢水液位自动控制系统

摘 要：本文介绍了结晶器液位检测设备的工作原理，阐述了系统的技术和特点，同时对控制系统的硬件与PID调节系统等都做了详细的论述。

关键词：液位接收器;液位扰动;连铸结晶器;PID调节;

前言

由于质量和效益的需要，连铸结晶器液位自动控制已成为现代化钢厂的标志了。我们兴澄公司也已实现了连铸液位自动控制。通过实践对结晶器液位自动控制有了一定了解。

1. 结晶器液位自动控制系统的组成

1.1.放射源

放射性同位素在衰变过程中放出一种特殊的、带有一定能量的粒子或射线，这种现象称为放射性或核辐射。根据其性质的不同，放出的粒子或射线有：α粒子、β粒子、γ射线等。γ射线是一种从原子核内发射出来的电磁辐射，与α和β射线相比受物质吸收较小，在物质中的穿透能力比较强，不仅能穿过数百米的气体，而且能穿过几十厘米厚的固体物质，所以γ射线成为结晶器液位检测设备中普遍采用的最佳方案。虽然γ射线法对人体存在有害作用，但在有限剂量内和妥善防护下，可以安全地使用。

2.结晶器液位检测设备

由于结晶器是控制液位的设备，其工作条件很恶劣----高温，蒸汽，灰尘，震动等。而且安装困难，所以我们选用的是同位素仪表。由于测量技术的进步，同位素的剂量已越来越小，铯137放射源已完全能满足稳定.准确.测量的要求。且对人体的危害已很小。

液位检测传感器的中心检测元件是光电倍增管，测量原理是利用γ射线的高穿透能力。安装在结晶外的铯137棒源发出的γ射线，穿过结晶器直射到安装在结晶器弧外侧的传感器内的闪烁体上，激发闪烁体发光。当钢水液位增至最高时，射线被钢水全部挡住，射线射到传感器上的量最少。反之最大，发光的次数跟放射量的多少成正比，这样，通过光电倍增数，准确记录闪烁体的发光次数就得到了液位信号。每次使用前，标定结晶器为空时的零液位信号，反之结晶器为满钢水时，标液位满量程。由于是采用线性棒源，这样标好之后，就可以按时间内的记数值的多少来表示液位的高低，达到钢水检测的目的。

放射源检测设备分输入单元、模拟量输出单元、CPU模块、开关量输入单元几个重要装置组成。

输入单元：输入单元可将数字脉冲信号输入到智能化探测器仪表中。输入单元提供+15-18VDC电源给探测器，同时接受探测器输出的脉冲信号，脉冲信号对应于探测器所处现场的辐射强度。该单元每次扫描可接受的脉冲数为32767，正常情况下探测器输出在此范围内。

模拟量输出单元：模拟输出单元用于智能化探测器系统提供电压或电流输出。单元上的跳线可以选择电压或电流输出。单元提供0-10VDC的隔离输出电压，或提供4-20mA的隔离输出电流，此单元也可以提供反转输出（零位=最大输出值，满量程=最小输出值）。

CPU模块：CPU模块是智能化结晶器液位检测系统的计算模块。由微处理器，程序，数据存储器及通讯部分组成。结晶器液位测量软件包括菜单软件包、输入输出及检测软件包和液位计算软件包组成。

开关量输入单元：数字输入单元用于直接接收数字信号输入，并送到智能化探测系统。

2执行系统

在本控制系统中由液压阀.，也就是因为塞棒要和钢水直接接触，塞棒头的节流处容易被冲刷和粘结，传动机构来控制塞棒从而达到调节钢水的多少。但使控制特性缓慢不断的变化，造成系统阀的特性极不稳定，给控制增加难度。

中间包的塞棒设在侵入式水口的上口处，限制钢水流入水口的量。其塞棒上下移动是通过液压油缸带动，液压缸是由电控的液压伺服阀来调节，控制信号根据偏差由PLC计算得出，从而来控制液压伺服阀。

液位扰动的产生与克服措施

由于工艺过程是钢水从中间包通过侵入式水口流入结晶器，而工艺要求结晶器液位稳定地控制在预定的位置，这一点对稳定生产确保钢水质量非常重要。引起结晶器液位不稳定的因素主要来源于钢水流入与钢胚流出的不等.流出量与拉速成正比，因而由于引锭杆的松动.拉矫机的转速而引起拉速的跳动，而引起拉出钢锭的不等，钢水流入时由于水口内尺寸的变化，异物的堵塞，塞棒的松动等而引起变化。从而引起液位测量的扰动。

为了克服以上扰动，使用PID调节控制模型，动态修正控制器参数是解决上述问题的关键。首先将液位偏差分为几个部分，再逐一设定PID控制器的比例，积分时间，微分时间这三个参数，譬如：

1.当偏差在量程的±2%以内波动时，使控制作用减弱，控制动作变慢，从而使液面稳定。这种状态表示系统在正常运行。

2.当液位偏差在量程的±10%时，加强系统的控制作用，使控制作用加强，这样能很好地控制结晶器内液面的波动。此种情况也是系统的正常运行。

3.当液位偏差在量程±10%以上波动时，PID控制器的参数就采用最強的一组，使控制动作加快，这样即使再大的波动也能够很快地得到控制。此种情况属于异常的工作状态。

上述几种控制作用根据液位偏差的大小而相互转换，使大偏差转为小偏差，再转为系统的正常运行状态。

自动浇注是稳定生产，提高质量必不可少的环节，还能有效地节省人力，减少由于人为操作原因而引起的拉漏和结死等生产事故。我们公司对连铸自动浇注很重视，我们为了能提高自动浇注的使用率而不断努力。

参考文献：

[1]陈家祥 连铸炼钢手册。 冶金工业出版社 1991

[2]干勇 炼钢-连铸新技术800问。冶金工业出版社 2003

[3]张华 赵文柱 热工测量仪表。冶金工业出版社 2010

作者简介：

邓飞龙（1987.02——），男，汉族，籍贯：江苏江阴，职称：工程师，学历：本科，研究方向：自动化技术。