CN101934358A - 连铸机铸流跟踪*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸机铸流跟踪***，通过多个编码器、高速计算模板、信号源计数溢出处理模块、信号源正确识别与筛选模块、跟踪计算模块成功测量坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度。其中多个编码器置于多个扇形段驱动电机后轴，测量过程安全，且比单点检测安全可靠。信号源计数溢出处理模块提高信号来源的可靠性及跟踪精度。信号源正确识别与筛选模块从多个编码器中识别出基准信号源，克服现有择取固定信号源作为基准信号导致的信号源信号失真问题。人机接口单元根据机械辊磨损情况确定驱动辊实际直径，解决由机械辊磨损造成的跟踪数据误差补偿问题。跟踪分类处理模块和分送连铸用户数据模块能实现计算结果的应用。

Description

连铸机铸流跟踪***

技术领域

本发明涉及连铸机的铸流跟踪***

背景技术

连铸过程是钢铁生产中炼钢与轧钢之间的经典转换工艺，其质量的好坏直接影响轧钢产品的成才率和品质。而铸流***是连铸工艺的关键和主要环节。从工艺区域上划分，铸流***包括引锭杆存放和输送装置、结晶器、一冷水、拉矫机(扇形段)、二冷水、脱坯辊、引锭杆接收装置等。其工艺过程主要任务为收送引锭杆，板坯及引锭杆位置跟踪，脱锭控制，钢坯液芯跟踪，一次和二次冷却水、拉坯速度控制、ASTC控制等。这些工艺过程的实现都离不开引锭杆与铸流的跟踪。铸坯或引锭杆通过各段拉矫机(扇形段)夹送辊在扇形段中穿行。引锭杆和铸坯在扇形段中的准确位置以及铸坯的浇铸长度是连铸***正常运转的重要参数，因此建立一套铸流跟踪***以测量铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度，是十分重要的。

常用的铸流跟踪***具有如下缺陷：

1)测量过程不安全：扇形段区域高温多水，直接测量铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度非常危险；

2)测量结果不精确：一般采用某个编码器加上末端扇形段出口的位置开关校准来实现，这种方案由于过于依赖一台电机设备及编码器，精度差且积累误差大，容易造成跟踪紊乱甚至失去跟踪目标，这在浇铸过程中是非常危险的；

3)信号源单一，***不安全、没有解决信号源基准识别和切换问题、以及由机械辊磨损造成的跟踪数据误差补偿、精准处理信号源的溢出问题，并未对跟踪数据的安全处理分发给连铸各用户。

因此，有必要提供一种改进的连铸机铸流跟踪***来克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服通常跟踪***的测量过程不安全、测量结果不精确、信号源单一造成的***不安全因素、解决信号源基准识别和切换问题；解决由机械辊磨损造成跟踪数据误差补偿、精准处理信号源溢出，对跟踪数据安全处理，分发给连铸各用户。

为了实现上述目的，本发明提供了一种连铸机铸流跟踪***，包括：

编码器组，包括对应安装于多个扇形段驱动电机后轴的多个编码器，每个编码器随对应的扇形段驱动电机一起旋转，编码器每转一圈产生固定数目的脉冲；

人机接口单元，用于根据机械辊磨损情况确定驱动辊实际直径；

可编程逻辑控制器，与编码器组以及人机接口单元连接，用于根据每个编码器产生的脉冲以及人机接口单元确定的驱动辊实际直径计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度。

在本发明的一个实施例中，所述可编程逻辑控制器包括：

高速计数模板，与每个编码器连接，用于接收各个编码器产生的脉冲，将各个编码器产生的脉冲分别进行累计计数；

信号源正确识别与筛选模块，与高速计数模板连接，用于对每个编码器，将高速计数模板对其累计的脉冲数转换成速度，当任一编码器转换的速度与***给定速度的差值在指定范围内时，将该编码器确定为当前正确信号源；

跟踪计算模块，与信号源正确识别与筛选模块以及人机接口单元连接，用于对信号源正确识别与筛选模块确定的每个当前正确信号源，根据高速计数模板对其累计的脉冲数、以及人机接口单元确定的驱动辊实际直径计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度。

在本发明的再一实施例中，所述可编程逻辑控制器还包括：

信号源计数溢出处理模块，与高速计数模板以及跟踪计算模块连接，用于当高速计数模板对一编码器累计的脉冲数超出预置脉冲数时，将对应于该编码器的溢出位加1，此时高速计数模板重新对该编码器累计脉冲，

则，跟踪计算模块还根据信号源计数溢出处理模块对该编码器的溢出位计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度。

在本发明的又一实施例中，所述可编程逻辑控制器还包括：

跟踪分类处理模块，与跟踪计算模块连接，用于将跟踪计算模块计算的铸坯和引锭杆的实际位置及铸坯的浇铸长度根据不同生产模式进行数据转换；

分送连铸用户数据模块，与跟踪分类处理模块连接，用于将跟踪分类处理模块转换的数据分发给连铸不同用户。

与现有技术相比，本发明连铸机铸流跟踪***的优点是：

1)通过多个编码器、高速计算模板、信号源计数溢出处理模块、信号源正确识别与筛选模块、跟踪计算模块成功测量坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度；

2)多个编码器对应置于多个扇形段驱动电机后轴，测量过程安全；

3)采用多个编码器，随对应扇形段驱动电机同步旋转并分别各自产生计数脉冲，同时检测铸坯或引锭杆行程情况，多点检测的相互备用，比单点检测安全可靠；

4)采用信号源计数溢出处理模块，在记录高速计数模板的计数到指定溢出值时，进行溢出处理并清除预溢出变量，在确保溢出处理安全的前提下，使误差小于一个运行周期产生的跟踪距离(经核算误差小于2mm)，并且有效排除“零飘”造成的假溢出干挠，解决了精准处理信号源的溢出问题，提高了信号来源的可靠性及跟踪精度(溢出次数的累计与清零也要处理)；。

5)采用了信号源正确识别与筛选模块，从多个编码器中识别出基准信号源，克服了现有技术中择取固定信号源作为基准信号时由于不可预见的原因导致的该固定信号源信号失真，造成跟踪失败，影响正常生产影响。

6)采用了人机接口单元，能根据机械辊磨损情况确定驱动辊实际直径，解决由机械辊磨损造成的跟踪数据误差补偿问题，测量结果更精确；

7)采用了跟踪分类处理模块和分送连铸用户数据模块，跟踪分类处理模块能将计算的铸坯和引锭杆的实际位置及铸坯的浇铸长度根据不同生产模式转换成用户需要的数据，分送连铸用户数据模块将转换的数据分发给连铸不同用户。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明连铸机铸流跟踪***的工艺背景示意图。

图2为本发明连铸机铸流跟踪***的组成结构图。

图3为本发明连铸机铸流跟踪***测量铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度的流程图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

在阐述本发明连铸机铸流跟踪***之前，先对该***的工艺背景进行说明。

扇形段由一个驱动辊和多个(一般6个，驱动辊前后各3个)非驱动压力辊组成。图1示意性地展示了扇形段的组成，其中实心圆表示扇形段的驱动辊，空心圆表示扇形段的非驱动压力辊。驱动辊由机械连杆连接到外面的驱动电机上。

下面对本发明连铸机铸流跟踪***进行说明，如图2所示，所述连铸机铸流跟踪***包括：

编码器组001，包括对应安装于多个扇形段驱动电机后轴的多个编码器002，每个编码器002随对应的扇形段驱动电机一起旋转，编码器002每转一圈产生固定数目的脉冲；

人机接口单元100，用于根据机械辊磨损情况确定驱动辊实际直径，并将确定的驱动辊实际直径发送至可编程逻辑控制器200，以修正补赏机械误差；

可编程逻辑控制器200，用于根据每个编码器002产生的脉冲以及人机接口单元100确定的驱动辊实际直径计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度。

其中，可编程逻辑控制器200包括：

高速计数模板201，与每个编码器002连接，用于接收各个编码器002产生的脉冲，将各个编码器002产生的脉冲分别进行累计计数；

中央处理器202，通过***内部总线与高速计数模板201以及人机接口单元100连接，用于根据高速计数模板201对各个编码器002累计的脉冲数以及人机接口单元100确定的驱动辊实际直径计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度。

其中，中央处理器202包括：

信号源正确识别与筛选模块203，与高速计数模板201连接，用于对每个编码器002，将高速计数模板201对其累计的脉冲数转换成速度，当任一编码器002转换的速度与***给定速度的差值在指定范围内时，将该编码器确定为当前正确信号源；

信号源计数溢出处理模块204，与高速计数模板201连接，用于当高速计数模板201对一编码器002累计的脉冲数超出预置脉冲数时，将对应于该编码器002的溢出位加1，此时高速计数模板201重新对该编码器002累计脉冲；

跟踪计算模块205，与信号源正确识别与筛选模块203、信号源计数溢出处理模块204以及人机接口单元100连接，用于对信号源正确识别与筛选模块203确定的每个当前正确信号源，根据高速计数模板201对其累计的脉冲数、信号源计数溢出处理模块204对其的溢出位、以及人机接口单元100确定的驱动辊实际直径计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度；

跟踪分类处理模块206，与跟踪计算模块205连接，用于将跟踪计算模块205计算的铸坯和引锭杆的实际位置及铸坯的浇铸长度根据不同生产模式进行数据转换；

分送连铸用户数据模块207，与跟踪分类处理模块206连接，用于将跟踪分类处理模块206转换的数据分发给连铸不同用户。

图3展示了图2所示连铸机铸流跟踪***测量铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度的原理。如图3所示，所述连铸机铸流跟踪***的测量步骤包括：

步骤S1，各个编码器002随对应的扇形段驱动电机转动时，分别产生脉冲；

步骤S2，高速计算模板201分别累计各个编码器002的脉冲数；

步骤S3，对每个编码器002，信号源正确识别与筛选模块203将高速计数模板201对其累计的脉冲数转换成速度；

步骤S4，信号源正确识别与筛选模块203判断当前编码器002转换的速度与***给定速度的差值是否在规定范围内，如果否，继续下一步，如果是，转步骤S6；

步骤S5，将下一编码器确定为当前编码器，转步骤S4；

步骤S6，信号源正确识别与筛选模块203将该编码器确定为当前正确信号源；

步骤S7，信号源计数溢出处理模块204实时监视高速计算模板201对每个编码器002累计的脉冲数，当高速计数模板201对一编码器002累计的脉冲数超出预置脉冲数时，将对应于该编码器002的溢出位加1，此时高速计数模板201重新对该编码器002累计脉冲；

步骤S8，跟踪计算模块205接收人机接口单元100发送的驱动辊的直径，对信号源正确识别与筛选模块203确定的每个当前正确信号源，跟踪计算模块205根据高速计数模板201对其累计的脉冲数、信号源计数溢出处理模块204对其的溢出位，以及人机接口单元100发送的驱动辊的直径计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度；

步骤S9，跟踪分类处理模块206将跟踪计算模块205计算的铸坯和引锭杆的实际位置及铸坯的浇铸长度根据不同生产模式进行数据转换；

步骤S10，分送连铸用户数据模块207将跟踪分类处理模块206转换的数据分发给连铸不同用户。

由上可知，本发明连铸机铸流跟踪***有如下优点：

1)通过多个编码器002、高速计算模板201、信号源正确识别与筛选模块203、信号源计数溢出处理模块204、跟踪计算模块205成功测量坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度；

2)多个编码器002对应置于多个扇形段驱动电机后轴，测量过程安全；

3)采用多个编码器002，随对应扇形段驱动电机同步旋转并分别各自产生计数脉冲，同时检测铸坯或引锭杆行程情况，多点检测的相互备用，比单点检测安全可靠；

4)采用信号源计数溢出处理模块204，当高速计数模板201的计数到达预置脉冲数时，信号源计数溢出处理模块204进行溢出处理并清除预溢出变量，在确保溢出处理安全的前提下，使误差小于一个运行周期产生的跟踪距离(经核算误差小于2mm)，并且有效排除“零飘”造成的假溢出干挠，解决了精准处理信号源的溢出问题，提高了信号来源的可靠性及跟踪精度(溢出次数的累计与清零也要处理)；。

5)采用了信号源正确识别与筛选模块203，从多个编码器002中识别出当前正确信号源(基准信号源)，克服了现有技术中择取固定信号源作为基准信号源时由于不可预见的原因导致的该固定信号源信号失真，造成跟踪失败，影响正常生产。

6)采用了人机接口单元100，能根据机械辊磨损情况修改驱动辊的直径，解决由机械辊磨损造成的跟踪数据误差补偿问题，测量结果更精确；

7)采用了跟踪分类处理模块206和分送连铸用户数据模块207，跟踪分类处理模块206能将计算的铸坯和引锭杆的实际位置及铸坯的浇铸长度根据不同生产模式转换成用户需要的数据，分送连铸用户数据模块207将转换的数据分发给连铸不同用户。

其中，信号源正确识别与筛选模块203识别筛选出当前正确信号源的过程是：

步骤S101，对每个编码器002，信号源正确识别与筛选模块203根据高速计数模板201对其累计的脉冲数计算对应扇形段驱动电机的瞬时速度，计算公式为：(取单位时间V_n＝ΔC_n/Pm)，其中，V_n为与第n个编码器002对应的扇形段驱动电机的瞬时速度，ΔC_n为对第n个编码器002，由高速计数模板201对其累计的脉冲数得到的单位时间内的脉冲数，Pm为编码器单圈的脉冲数，其中n为编码器002的编号；

步骤S102，信号源正确识别与筛选模块203根据计算的每个扇形段驱动电机的瞬时速度计算出每个扇形段驱动电机的平均速度，计算公式为：

其中，V_n′为与第n个编码器002对应的扇形段驱动电机的平均速度，K_n为与第n个编码器002对应的扇形段的采样次数，V_n为每次采样时与第n个编码器002对应的扇形段驱动电机的瞬时速度；

步骤S103，信号源正确识别与筛选模块203比较每个扇形段驱动电机的平均速度与***给定速度是否超出规定范围，如果否，按照队列依次确定与未超出规定范围的扇形段驱动电机对应的编码器为当前正确信号源；

另外，由于各个编码器002的差异(如启运的时间不同，漏码等)，他们的计数值不同步，因此在把它作为基准信号使用前，首先要使其与原信号正常前的状态“同步”，即把原信号的正常值作为本编码器的初始值。

再者，当基准信号源切换时，信号源正确识别与筛选模块203将寄存单元寄存的当前正确信号源的脉冲数发送至新选中的当前正确信号源的寄存单元，以实现无挠切换。

其中，跟踪计算模块205计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度的过程具体为：

步骤S201，跟踪计算模块205接收人机接口单元100根据机械辊磨损情况确定的驱动辊实际直径，根据驱动辊实际直径计算得到拉矫辊机械误差修正系数e，计算公式为：e＝驱动辊实际直径/铭牌辊直经；

步骤S202，跟踪计算模块205计算溢出误差，计算公式为

其中τ为溢出误差，Sm为中央处理器202的最大周期，Pn为编码器002的最大脉冲，D为驱动辊(如图1)的直径，N为扇形段驱动电机的最高转速，i为减速比，60000为量纲适配系数；

步骤S203，跟踪计算模块205根据溢出误差τ计算溢出补赏E，计算公式为：E＝溢出次数×τ/2，其中溢出次数是信号源计数溢出处理模块204确定的溢出位的值；

步骤S204，跟踪计算模块205根据拉矫辊机械误差修正系数e值、溢出补赏E值计算跟踪长度函数，计算公式为：T(l)＝X_c×e+X_l+E，其中，T(l)为跟踪长度函数，X_c为铸坯跟踪计算公式算出的本次寄存器单元长度(一个溢出值以内的长度，它是信号源正确识别与筛选模块203确定的当前正确信号源(基准信号源)对应的编码器的当前基准编码脉冲数值及相关机械参数运算得来)，e为拉矫辊机械误差修正系数，X_l为铸坯历次溢出公式计算的跟踪累积长度，计算公式为：X_l＝溢出次数×一个溢出最大值，溢出最大值由信号源计数溢出处理模块204确定)，E为溢出补赏；

步骤S205，跟踪计算模块205根据计算的跟踪长度函数计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度。

此外，生产模式转换(操作人员根据生产节奏通过生产操作箱操作，***收到操作信号，完成对应模式转换)时，跟踪计算模块205将跟踪运算寄存单元的编码值和信号源计数溢出处理模块204的溢出寄存器的输出值复位。连铸生产中，不同的生产模式相应有不同的跟踪。

其中，跟踪分类处理模块206将跟踪计算模块205计算的结果根据不同的生产模式进行数据转换、分送连铸用户数据模块207将跟踪分类处理模块206转换的数据分发给连铸不同用户的过程具体为：

步骤S301，跟踪分类处理模块206在送引锭、辊缝测量、模拟浇铸、浇铸、清机模式中选择当前操作模式，根据选择的当前操作模式确定引锭头离各段驱动辊的距离Ru_n、引锭尾过或引锭头离各段驱动辊的距离Rd_n；

步骤S302，跟踪分类处理模块206根据确定的引锭头离各段驱动辊的距离Ru_n、引锭尾过或引锭头离各段驱动辊的距离Rd计算扇形段驱动辊抬起跟踪函数ST(r)以及扇形段驱动辊压下跟踪函数ST(d)，分别如下：

第n段扇形段驱动辊抬起跟踪表达式为：

ST(r)_n＝C_n-DB-Ru_n(n＝1、2、3、4、5......)

其中，ST(r)_n为第n段驱动辊抬起跟踪值，C_n为第n段驱动辊到结晶器铜管上口距离，DB为实际跟踪值(即步骤S205中铸坯的浇铸长度，也就是引锭杆的行进长度)，Ru_n为引锭头离各段驱动辊的距离；

第n段扇形段驱动辊压下跟踪表达式为：

ST(d)_n＝C_n-DB+Rd_n(n＝3、4、5......)

其中，ST(d)_n为第n段驱动辊压下跟踪值，C_n为第n段驱动辊到结晶器铜管上口距离，DB为实际跟踪值(即步骤S205中铸坯的浇铸长度，也就是引锭杆的行进长度)，Rd_n为引锭尾过或引锭头离各段驱动辊的距离；

步骤S303，跟踪分类处理模块206根据扇形段驱动辊抬起跟踪函数ST(r)以及扇形段驱动辊压下跟踪函数ST(d)计算跟踪数据，得到速度参数、跟踪长度值、生产模式转换或结束标志(ST(r)、ST(d)是各扇形段驱动辊在不同生产模式下抬起或压下指令的执行条件)，分送连铸用户数据模块207将速度参数、跟踪长度值、生产模式转换或结束标志发送至各用户，以响应不同跟踪需求事件，如铸流***、结晶器调宽、软压下、结晶器振动、二冷水、切割机、二级过程控制机***等。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (4)

1.一种连铸机铸流跟踪***，其特征在于，包括：

编码器组，包括对应安装于多个扇形段驱动电机后轴的多个编码器，每个编码器随对应的扇形段驱动电机一起旋转，编码器每转一图产生固定数目的脉冲；

人机接口单元，用于根据机械辊磨损情况确定驱动辊实际直径；

可编程逻辑控制器，与编码器组以及人机接口单元连接，用于根据每个编码器产生的脉冲以及人机接口单元确定的驱动辊实际直径计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度。

2.如权利要求1所述的连铸机铸流跟踪***，其特征在于，所述可编程逻辑控制器包括：

高速计数模板，与每个编码器连接，用于接收各个编码器产生的脉冲，将各个编码器产生的脉冲分别进行累计计数；

信号源正确识别与筛选模块，与高速计数模板连接，用于对每个编码器，将高速计数模板对其累计的脉冲数转换成速度，当任一编码器转换的速度与***给定速度的差值在指定范围内时，将该编码器确定为当前正确信号源；

跟踪计算模块，与信号源正确识别与筛选模块以及人机接口单元连接，用于对信号源正确识别与筛选模块确定的每个当前正确信号源，根据高速计数模板对其累计的脉冲数、以及人机接口单元确定的驱动辊实际直径计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度。

3.如权利要求2所述的连铸机铸流跟踪***，其特征在于，所述可编程逻辑控制器还包括：

信号源计数溢出处理模块，与高速计数模板以及跟踪计算模块连接，用于当高速计数模板对一编码器累计的脉冲数超出预置脉冲数时，将对应于该编码器的溢出位加1，此时高速计数模板重新对该编码器累计脉冲，

则，跟踪计算模块还根据信号源计数溢出处理模块对该编码器的溢出位计算铸坯和引锭杆在扇形段中的实际位置及铸坯的浇铸长度。

4.如权利要求2所述的连铸机铸流跟踪***，其特征在于，所述可编程逻辑控制器还包括：

跟踪分类处理模块，与跟踪计算模块连接，用于将跟踪计算模块计算的铸坯和引锭杆的实际位置及铸坯的浇铸长度根据不同生产模式进行数据转换；

分送连铸用户数据模块，与跟踪分类处理模块连接，用于将跟踪分类处理模块转换的数据分发给连铸不同用户。

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