Brevet FR2108225A1 — publié le 19720519

La présente invention concerne la régulation du niveau de métal liquide dans la lingotière d'une installation de coulée continue avec utilisation de régulateurs proportionnel et intégral, dans laquelle l'c._-trée des deux éléments du régulateur représente l'écart ^^h entre la valeur réelle 5 et la valeur de consigne de la hauteur du niveau h, et dans laquelle les signaux électriques des deux éléments sont additionnés à leurs sorties. Ces signaux additionnés forment en même temps la grandeur de réglage pour un organe de réglage mécanique qui ouvre ou ferme la quenouille, la fraction représentée par le signal de sortie de l'élément à action proportionnelle dans le signal 10 de sortie cumulé de l'élément à action proportionnelle et de l'élément à action intégrale étant beaucoup plus petite que la fraction représentée par le signal de sortie de l'élément à action intégrale. Une telie régulation a déjà été réalisée avec utilisation d'un régulateur proportionnel et intégral, mais cette régulation connue à l'incon-15 vënient que la course d'ouverture de la quenouille devient très grande en raison du colmatage de l'ouverture de sortie par la solidification d'une partie du métal. Dès que l'ouverture de sortie est agrandie au moyen d'un chalumeau ou d'une autre manière, la quenouille doit effectuer une importante course de réglage, jusqu'à la fermeture complète de l'ouverture de sortie, lorsque le 20 niveau du métal liquide dans la lingotière atteint la valeur de consigne, et il s'y ajoute que la constante de temps du circuit de régulation entraîne un retard supplémentaire dans le mouvement de fermeture. Cela a pour conséquence que la quenouille n'a pas encore fermé l'ouverture de sortie au moment où le niveau atteint la valeur de consigne, de sorte que le métal liquide déborde 25 de la lingotière et provoque des perturbations dans le service. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif de régulation qui réagit aussi rapidement et aussi tôt que le processus de réglage soit terminé quoi qu'il arrive au moment où le niveau du métal atteint sa valeur de consigne, et qui, même lors d'importantes interventions dans la régulation, 30 compense automatiquement les changements qui en sont la conséquence. Selon l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que l'élément à action intégrale reçoit un signal de commande supplémentaire qui est formé de la différenciation de h= d h et qui est appliqué à l'élément régulateur dfc à action intégrale comme un écart de réglage supplémentaire et avec un signe 35 qui est contraire à celui de la grandeur de réglage /\ h. 71 33953 2 2108225 Grâce à cette grandeur' de réglage obtenue par la différenciation de la valeur réelle du niveau du métal et appliquée à l'intégrateur avec un signe inversé, le mouvement de fermeture commence tôt. de sorte que le proc"ssus de réglage est terminé dans tous les cas au moment où le niveau atteint sa 5 valeur de consigne. Par suite, le niveau de consigne n'est jamais dépassé, même si la course de réglage du régulateur est importante, si bien que le métal liquide ne peut jamais déborder de la lingotière d'une installation de coulée continue. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément différen-10 tiateur est précédé d'un limitateur destiné à éviter les influences d'harmoniques sur le circuit de régulation. Le limiteur est de préférence une combinaison de diodes. Pour stabiliser davantage le circuit de régulation , on peut en outre prévoir une différenciation supplémentaire pour la compensation de la constante de temps du circuit de régulation. 15 Grâce à l'agencement décrit ci-dessus du dispositif de régulation, l'organe de réglage peut très rapidement effectuer une très grande course de réglage au moment d'un changement des conditions d'utilisation du fluide devant être régulé par suite d'influences perturbatrices quelconques. Dans ce dispositif, l'intégrateur doit être commandé si tôt que la course de 20 fermeture de l'organe de réglage soit terminéeau moment où le fluide atteint son niveau de consigne désiré. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que du dessin annexé dans lequel : 25 la figure 1 est une représentation schématique d'une installation de coulée continue et d'un dispositif de régulation suivant l'invention; la figure 2 est une représentation schématique des éléments différentiateurs . La figure 1 représente un panier de coulée 1 dont 1'ouverture du fond 30 se raccorde à un tube de décharge 2 faisant saillie dans une lingotière 4. Le panier de coulée 1 contient un mécanisme de réglage de sortie sous la forme d'une quenouille 3 qui peut être montée et descendue en vue de l'ouverture ou de la fermeture, selon les désirs, de l'ouverture de sortie du panier. Il est également possible d'utiliser un dispositif de fermeture à tiroir 35 à la place d\mdispositif de fermeture à quenouille. Un détecteur de niveau, composé d'un émetteur radio-actif 5 et d'un récepteur 6, par exemple un compteur de scintillation, est monté près des parois latérales de la lingotière 4, à proximité de l'ouverture supérieure de celle-ci. L'émetteur 5 est monté 71 33953 3 2108225 en vis-à-vis du récepteur 6. Le niveau du métal liquide dans la lingotière 4 est surveillé par la mesure de l'intensité du rayonnement capté par le récepteur. Le métal fondu est transformé en une barre continue 7 dans la lingotière 4 et la barre descend à travers un guide à rouleaux 8 pendant qu'elle se refroidit dans 5 la lingotière ainsi que dans une zone de refroidissement 10. La vitesse de descente de la barre 7 est déterminée par des paires de rouleaux commandées 9. Le récepteur 6 est relié à un transmetteur électrique de valeur réelle 11 qui est lui-même relié par une ligne d'alimentation 12 à un organe de formation de la différence 14, recevant en outre la valeur de consigne S 10 du niveau de métal dans la lingotière. L'organe de formation de la différence est suivi par un régulateur proportionnel et intégral 13 de type connu et par un élément différentiateur 13a. Le régulateur proportionnel et intégral 13 se compose d'un élément 20 à action intégrale et d'un élément 21 à action proportionnelle. 15 Parallèlement à ces deux éléments est monté un amplificateur. La tension engendrée dans l'élément différentiateur 13a est appliquée au régulateur proportionnel et intégral de manière que celui-ci commande la quenouille, lors de chaque changement du niveau du métal liquide, de sorte que ce niveau soit maintenu constant. Le signal de réglage est appliqué à travers une ligne 15 à un 20 distributeur 16 à commande électrique qui fait monter ou descendre le piston d'un vérin 17. La tige de piston 18 de ce dernier est reliée par l'intermédiaire d'une timonerie 19 à la quenouille 3, de manière que celle-ci suive le mouvement du piston. Pendant le fonctionnement normal de l'installation de coulée 25 continue, les mouvements de la quenouille sont commandés par le régula teur à action proportionnelle et le régulateur à action intégrale du régulateur proportionnel et intégral 13. Toutefois, si le tube de décharge 2 est fortement colmaté au bout d'un certain temps de fonctionnement, la quenouille 3 est écartée à tel point 30 de l'ouverture d'entrée de ce tube de décharge 2 que la quantité de métal liquide pouvant s'écouler dans la lingotière 4 soit encore suffisante. Si le tube de décharge 2 se colmate encore plus, le niveau du métal dans la lingotière descend, alors que la vitesse d'extraction des jeux de rouleaux commandés 9 reste la même. En pareil cas, il faut, soit réduire la vitesse d'extraction 35 des jeux de rouleaux commandés 9 conformément au débit du métal liquide entrant dans la lingotière, afin de maintenir le niveau du métal à sa valeur de consigne, 71 33953 4 2108225 soit dégager l'ouverture d'entrée du tube de décharge 2, par exemple au moyen d'un chalumeau, afin d'obtenir à nouveau une plus grande section de passage dans ce tube. Au moment où l'ouverture du tube de décharge est dégagée, donc agrandie, 5 il entre brusquement une bien plus grande quantité de métal liquide par unité de temps dans la lingotière 4. Comme l'organe de formation de la différence 14 transmet tout d'abord un signal négatif au régulateur à action intégrale, dès que le niveau dans la lingotière dépasse la valeur de consigne, et comme ce régulateur ferme ensuite la quenouille 3, il s'écoule encore une telle quantité 10 de métal dans la lingotière 4, en raison de l'importante course que la quenouille doit effectuer jusqu'à la fermeture complète, que la lingotière déborde. Pour éviter ce débordement, l'élément différentiateur 13a engendre une tension négative qui est appliquée au régulateur à action intégrale avant même que l'organe de formation de la différence 14 ne produise un signal négatif, et 15 cette tension négative assure le déclenchement du mouvement de fermeture de la quenouille 3. Grâce à cet agencement, la quenouille 3 est également en mesure de fermer le tube de décharge 2 en temps voulu si le débit du métal liquide entrant dans la lingotière augmente brusquement. L'élément différentiateur détecte la montée, respectivement le changement de l'écart de niveau par unité 20 de temps, par la détermination de la valeur d /\h et prépare ainsi le régulateur d.t à action intégrale en temps voulu pour la fermeture de la quenouille 3 au moment où le niveau de consigne est atteint. L'élément différentiateur 13a est précédé d'un limiteur 24 qui est destiné à éviter les influences perturbatrices d'harmoniques. Ce limiteur 24 est 25 par exemple constitué par une combinaison de diodes. Un élément différentiateur supplémentaire 13b est monté à la suite de l'élément différentiateur 13a pour stabiliser davantage le circuit de régulation et pour compenser sa constante de temps. Les éléments différentiateurs 13a, 13b sont des combinaisons d'un condensateur et d'une résistance et ils sont 30 représentés sur la figure 2. L'invention a l'avantage qu'elle permet la régulation automatique complète du niveau, même s'il se produit des changements importants et brusques dans l'arrivée du fluide, évitant ainsi les perturbations de l'installation. 71 33953 5 2108225 REVENDICATIONS 1. Régulateur proportionnel et intégral comprenant un élément à action proportionnelle monté en parallèle avec un élément à action intégrale pour la régulation du niveau de métal liquide dans une lingotière d'une installation de coulée continue, dans lequel l'entrée des deux éléments représente 5 l'écart A.h entre la valeur réelle et la valeur de consigne pour la hauteur h du niveau, dans lequel les signaux électriques des deux éléments sont additionnés à leurs sorties, ces signaux additionnés représentant en même temps la grandeur de réglage pour un organe de réglage mécanique, la fraction du signal de sortie de l'élément à action proportionnelle dans la somme des signaux 10 de sortie de l'élément à action proportionnelle et de l'élément à action intégrale étant beaucoup plus petite que la fraction du signal de sortie de l'élément à action intégrale, caractérisé par le fait que l'élément à action intégrale reçoit un signal de commande supplémentaire qui est formé de la différenciation de h=d h et qui est appliqué à l'élément régulateur 15 à action intégrale comme un fcart de réglage supplémentaire et avec un signe qui est contraire à celui de la grandeur de réglage /^h. 2. Régulateur proportionnel et intégral selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément différentiateur est précédé d'un limiteur. 3. Régulateur proportionnel et intégral selon la revendication 2, 20 caractérisé en ce que le limiteur est une combinaison de diodes. 4. Régulateur proportionnel et intégral selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un élément différentiateur supplémentaire pour la compensation de la constante de temps du circuit de régulation.