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1、连铸经过控制系统的研究和应用ronggang导语：连铸经过控制系统作为钢铁企业实现企业信息化治理的重要组成局部，其集成了先进的工艺数学模型和控制技术，使铸坯质量得到极大进步、消费治理更加方便，增强了企业竞争力，开展前景特别广阔摘要：连铸经过控制系统作为钢铁企业实现企业信息化治理的重要组成局部，其集成了先进的工艺数学模型和控制技术，使铸坯质量得到极大进步、消费治理更加方便，增强了企业竞争力，开展前景特别广阔。关键字：经过控制;工艺数学模型;铸坯高质量Abstract:continuouscastsProcessControlSystemisaimportantpartofsteelandiron
2、enterprisesaccomplishingtheirinformationmanagement.Itintegratesadvancedtechnicsmathematicsmodelandadvancedcontroltechnique,itmakescastslabsqualityimprovegreatlyandproductionmanagementmoreconvenientandenhancedenterprisescompetition.Itsforegroundisbroad.Keyword:processcontrol;technicsmathematicsmodel;
3、castslabhighquality随着我国钢铁行业的快速开展，替换老式企业分散的、以人为主的治理形式，实现企业信息化统一治理形式已成为各钢铁企业的追求目的。目前，信息化的治理形式在一些大型企业已经有了理论，并且充分显示了其易于治理、资源分享、节省人力，物力、大大进步消费效率和消费质量的优点。连铸经过控制系统作为实现钢铁企业信息化目的中的重要环节，其集成了先进的工艺和控制技术，使铸坯质量得到极大进步、消费治理更加方便，增强了企业竞争力。钢铁企业信息治理系统自上而下的层次构造一般可划分为为：ERP资源治理系统;消费治理系统L3级、消费制造执行系统MES;经过控制系统L2级;根底自动化L1级。连
4、铸经过控制系统正是基于连铸消费线上建立的经过控制系统，连接着连铸根底自动化L1级系统和炼钢消费治理L3系统，使消费信息化系统和消费根底自动化系统实现了一体化。它是进步产品质量重要的不可替换的环节。1硬件、软件组成构造由于连铸经过控制系统中需要保证消费信息数据存储的平安性、模型计算需要保证计算高的并发性和实时性，同时要保证整个系统的易于操纵性、易于治理性和系统稳定性。所以，硬件、软件的公道选择和构造的公道配置非常重要。1.1硬件构造硬件系统主要由1台数据库效劳器SVR_DBS、1台应用效劳器VR_APP、2台客户机CLIENT1,CLIENT2、1台3COM交换机、1台刻录机、1台网络打印机、假
5、设干网络连接设备网卡、网线组成。数据库效劳器选用HPProliantDL360G5机架式标准配置效劳器，选用冗余磁盘阵列卡ET200配阵列为Raid5配合4块大容量的热插拔SCIS硬盘可实现当任一硬盘出现故障时通过热插拔方式用新硬盘交换坏硬盘并自动恢复数据进而保证了系统的平安性。配置的刻录机可以定期刻录历史数据进展归档。应用效劳器选用HPProliantDL360G5机架式标准配置效劳器，其Xeon级的双核CPU处理才能和大容量的一、二级缓存及内存保证了模型计算的实时性和多并发处理才能。应用效劳器采用双网卡，一个连接根底自动化系统，另一个连接到L2级3COM交换机，是L1、L2级网络的隔离和接
6、口点。客户机选用HPDC7700商用计算机，客户机一台位于主控室，供工艺人员和操纵工监控消费经过状态和模型计算结果并向操纵工提出公道的消费建议如建议稳定拉速等;另一台客户机位于切割室，主要根据收集的消费经过数据通过切割优化模型计算出最正确切割定尺提供应操纵工参考。网络打印机选用HP1020n，用来打印消费报表。数据库效劳器、应用效劳器、客户机、网络打印机通过网络连接设备连接到3COM交换机组成了100M以太网。硬件构造简图如下：1.2软件构造软件构造采用效劳器/客户机构造，整个系统以数据库为中心，应用效劳器中的通讯软件从根底自动化系统收集现场实时数据并保存到数据库效劳器的ORACLE数据库中，
7、计算模型从数据库提取数据经过计算后将结果放回数据库中供客户机监控显示或者由通讯程序下载到根底自动化系统指导消费。数据库效劳器装有WINDOWS2003SERVER操纵系统，应用软件为ORACLE10g数据库软件，用于对所有实时数据和历史数据的存储、维护治理。应用效劳器装有WINDOWS2003SERVER操纵系统，应用软件为VISUALSTUDIO2005,通讯软件为siemensindustrialethernetsoftnet-s7forwindows支持OPC，工艺计算数学模型以效劳的形式在后台运行。客户机装有WINDOWSXP操纵系统，应用程序软件为CCM_PCS，客户机主要显示消费方
8、案、消费信息、工艺信息、设备治理以及模型运算结果;需要人工输入和干预的界面以及对各子系统的治理。软件逻辑构造简图如下：2、功能描绘连铸二级经过控制系统主要完成以下功能：冶金数据库的维护和治理、连铸消费经过信息的维护、治理;主要设备使用、维护的信息治理;现场经过数据的收集、存储、显示、分析和重要操纵的日志记录;对消费经过的跟踪;工艺数学模型的运行、监控;对工艺人员的指导;操纵维护人员的权限治理;消费报表的产生。2.1冶金数据库的维护和治理冶金数据库是连铸经过控制系统的信息数据仓库。所有的收集消费经过的实时数据、历史数据、模型计算结果、消费方案信息、钢种信息等都存储在其中。数据库定期自动备份一次，
9、维护人员可定期将备份文件刻录到光盘中进展归档。维护治理人员也可通过客户机的人机交互界面对数据库进展操纵，完成对数据库的维护和治理。2.2连铸消费治理连铸消费治理包括连铸消费方案、钢种治理维护、冶炼节奏、物料跟踪。2.2.1连铸消费方案根据消费工艺要求，消费方案要在大包到达回转台之前下达，假如大包到达回转台后就不能再做修改。消费方案数据处理系统具有下述功能：1接收并保存从消费制造执行系统收到的方案数据包括浇次方案、炉次方案、切割方案或者通过客户机的人机交互界面手动输入方案。2可以对方案通过客户机的人机交互界面进展维护治理包括查看、添加、修改、删除。3根据方案产生指导消费的铸造命令。2.2.2钢种
10、治理维护1从上一级接收或者手动输入各种钢种的成份标准最大值、目的值、最小值，一般分为国标和厂标内控标准保存到冶金数据库中。2从上一级接收或者手动输入化验室检测出的钢水实际成份并保存到冶金数据库中。3可以对各种钢种标准和钢水采样成份通过客户机的人机交互界面进展维护治理包括查看、添加、修改、删除2.2.3冶炼节奏为了保证连续浇铸，炼钢经过与铸机经过应保持炉机节奏匹配。冶炼节奏提供以下信息支持匹配经过：1预计现有大包浇完钢水的时间。2上一工位精炼钢包出钢时间的显示由上一工位传入。3根据当前的浇铸钢种、中包重量、温度和大包剩余钢水的重量和上一工位钢包出钢时间计算出建议稳定拉速和建议最大拉速以匹配冶炼节
11、奏。该信息周期性刷新并显示在HMI上。2.2.4物料跟踪经过计算机系统将对各包钢水从到达回转台开场跟踪，直至切割成定尺铸坯，计算机将记录各包钢水在连铸经过中不同位置时状态的历史信息。物料跟踪主要包括炉次跟踪、铸流跟踪、出坯区板坯跟踪。2.2.4.1炉次跟踪炉次跟踪主要包括每一包钢水信息浇次、炉次、成份、钢种等;钢水从到达回转台到分开回转台的信息收集到达、分开的时间、重量、温度等;每炉钢水所生成的板坯信息板坯数目、规格等。这些数据都保存到数据库中，将用于操纵员查询、分析和报表生成。2.2.4.2铸流跟踪铸流跟踪从中包、结晶器、铸流本体到板坯切割整个经过中的消费信息：自动统计介质浇次使用量如水、气
12、、煤气等并存入数据库，自动进展炉次接缝跟踪和异常事件响应，系统将整个区域的铸坯分成很多逻辑分段，将每个事件与每个分段的详细位置联络在一起，跟踪每个分段的经过信息和事件，将采集到的每分段铸坯的历史信息，作为铸坯质量断定的根据。2.2.4.3板坯跟踪跟踪输出区从切割机到板坯分开输出辊道时的板坯位置,采集每块板坯经过的处理信息包括喷号、去毛刺、称重等;同时也采集上线板坯的信息将由此送往下一工序的板坯2.2.5消费信息查询、治理。对于实时收集的主要的现场数据在人机界面上实时显示当前炉次、钢种、规格、冷却水量等，对于保存的消费信息浇次信息、炉次信息、板坯信息等可以进展查询，添加、修改、删除操纵。将重要的
13、数据和操纵信息保存到数据库形成历史数据和日志文件，并可以生成历史曲线或者导出到分析软件中进展分析，给工艺人员提供查找故障，分析工艺的根据和手段。2.3.主要设备信息治理将大包、中包、结晶器、扇形段的使用维护信息寿命、每次维修的详细信息、厂家、材料等存入数据库并可对其信息进展查询、编辑和维护。2.4工艺控制数学模型2.4.1二次冷却水控制数学模型经过计算机根据不同的钢种，断面尺寸和其他工艺参数，根据热传导理论和经历公式推导出二次冷却水数学控制模型。经过计算机根据收集到的实际拉坯速度计算出各二次冷却区冷却水流量，但这样计算出的冷却水量与拉速的函数关系是离散的，这必然给水量控制带来大量复杂的计算工作
14、;由于水量控制的不连续性，必然影响铸坯的外表质量，所以采用最小二乘法进展拟合的方法，使冷却水量与拉速之间形成二次方程函数关系。二次方程式可表示为：Qi=AiVg2+BiVg+CiQi:l/min对应二冷某一段的水量设定值Vg:m/min拉坯速度Ai、Bi、Ci:对应于该段的水量系数根据收集到的实际拉坯速度和二次方程式计算出的水量，还要根据收集到的实际中间包温度、二冷水温度等因素进展动态补偿和修正再下载到根底自动化。2.4.2最正确切割计算模型最正确切割优化模型包括最正确尾坯切割和换中包连浇时最正确长度切割，最正确切割优化模型的目的是为最大可能的减少钢坯量的损失，使废坯到达最少。，控制方法：铸坯
15、的正常切割长度是由工艺决定并由经过计算机下达给火焰切割机的PLC并由其执行。当处于浇注末期时，经过计算机可根据此时铸流中的铸坯长度即时给出流的关断提示。当中包钢水浇铸完毕关闭塞棒或者异钢种连浇时，经过计算机可根据此时铸流中的铸坯剩余长度、目的定尺长度、最大定尺长度、最小定尺长度即时的计算出切割时的最正确切割尺寸组合，以保证铸坯的最大的利用，尽可能地进步钢水的收得率。2.4.3质量断定数学模型质量断定模型根据铸流跟踪中各分段所记录的异常消费信息以及异常信息对板坯的影响程度对板坯质量进展分析、断定，评估出板坯的质量等级。控制方法：首先根据在浇铸经过中可能出现的各种事件对铸坯组织性能造成的影响的程度
16、将各个事件定量的划为一个质量等级数。在铸坯形成的经过中，计算机将铸坯划分成假设干一定长度的“段，结合铸流跟踪模型并对段进展跟踪，在每一段经过实时经过参数监控点时可以将参数与临界值不断地进展比拟并将异常事件参量作为铸坯质量的评估参数贮存起来。每段中可记录四个最严重事件，但用于断定的只取其优先级别最高的等级数。当板坯切割完成后，将板坯对应的段中的质量信息等级数提取出来，根据各段中有害事件的等级和在所有段中所占比例大小来确定该铸坯质量的优劣和综合质量等级并进展打印记录，最终断定为废坯、保存坯需进一步评估或者处理、良坯。影响铸坯质量的因素很多，例如：钢水成份超标、中包过热度超标、水口破损、冷却水阀门故
17、障引起冷却异常、振动系统异常等。2.4.4拉速优化模型经过控制系统根据当前钢种成份主要是碳含量、宽度、厚度、中间包钢水温度、钢水剩余量、下包预计到达时间和结晶器冷却、二次冷却等信息自动计算出适宜的当前建议稳定拉速和建议最大拉速并显示给操纵工，以调整消费节奏或者防止漏钢或者适当加大速度进步消费效率。2.4.5液压振动模型经过控制系统根据当前浇铸的钢种选择合适的振动形式和工艺参数，主要分为正弦振频、振幅和非正弦振频、振幅和偏斜角两种形式，振频和振幅可以预先设定，也可以随拉速变化，或由目的速度负滑动率、速度、振幅来决定振动频率。一般振动振幅小于6mm,振动频率不超过380次/分，振动起步频率大于60
18、次/分可以保证系统的稳定并防止对振动机械设备的磨损。同时，模型自动计算出振动的工艺参数：振动正滑动时间、负滑动时间、负滑动速度比、负滑动率供操纵人员和工艺人员实时监控工艺效果，即时调整参数以到达最好的脱模和减少振痕的目的。2.3.6动态轻压下模型经过控制系统根据浇铸经过中的钢种、板坯厚度宽度、结晶器水水量、二冷水水量、气量以及拉速、中间包钢水温度、消费环境参数等利用热传导理论推导计算出铸坯在各辊子坐标处的坯壳厚度和坯壳外表温度，进而找出板坯液芯凝固末端。根据不同钢种收缩率不同，再经过动态轻压下模型计算出在坯子凝固末端前某一范围内的辊缝压下量设定值并传给远程调辊缝系统执行，一般轻压下位置在铸坯固
19、相率60%80%区间，单位轻压下量不大于1.5mm/m。经过轻压下可以明显改善板坯凝固末端内部组织的偏析缺陷。2.5消费报表报表系统根据保存在数据库的历史消费信息，按客户要求通过人机交互界面系统生成、打印报表。主要消费报表为以下4种：1浇次报表：汇总一个浇次中炉次数目、钢水用量、板坯信息、介质消耗量等，为工厂的本钱核算及产量核算提供根据。2炉次报表：一炉钢水浇铸经过采集的数据：炉次钢水重量、消费时间、钢种成份、板坯情况等。3班次报表：某个班次消费情况汇总，为班组产量考核提供根据4日消费报表：指定日期一天的消费情况汇总。2.6.通讯接口经过计算机和外部计算机系统通过Ethernet网连接，和根底自动化系统通过工业以太网连接，同时提供标准的软件支持和通讯应用程序软件。经过计算机具备和以下计算机系统通讯功能：1三级计算机2转炉二级计算机3精炼二级计算机4轧钢区二级计算机3、完毕语当前，我国国家信息部已提出了建立信息化企业的战略目的，建立信息化企业已成为钢铁企业开展必然趋势。连铸经过控制系统正式作为实现钢铁企业信息化目的中的重要环节，其采用先进的工艺模型和控制技术，使铸坯质量得到极大进步、消费治理更加方便，增强了企业竞争力，其开展前景特别广阔。