СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ЗЕРКАЛА РАСПЛАВА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ
METHOD OF ADJUSTMENT FOR CONTINUOUS CASTING MOULD MELT HEEL

Настоящее изобретение относится к способу регулирования для зеркала расплава в кристаллизаторе непрерывной разливки,
причем подача жидкого металла в кристаллизатор непрерывной разливки устанавливается посредством блокирующего устройства, и частично отвердевшее металлическое изделие извлекается из кристаллизатора непрерывной разливки с помощью разгрузочного устройства,
причем измеренное фактическое значение зеркала расплава подается на регулятор зеркала расплава, который на основе фактического значения и соответствующего заданного значения определяет заданное положение для блокирующего устройства и подает на блокирующее устройство,
причем измеренное фактическое значение и фактическое положение блокирующего устройства подаются на компенсатор возмущающего воздействия,
причем в компенсаторе возмущающего воздействия определяется ожидаемое значение для зеркала расплава и вычитается из измеренного фактического значения зеркала расплава.
Подобный способ регулирования известен, например, из US 5921313 А. В известном способе регулирования имеется компенсатор колебаний, компенсирует колебания вздутия.
Предложенное изобретение относится, кроме того, к компьютерной программе, которая содержит машинный код, который является непосредственно выполняемым управляющим устройством для установки непрерывной разливки, и выполнение которого управляющим устройством обуславливает то, что управляющее устройство регулирует зеркало расплава в кристаллизаторе непрерывной разливки установки непрерывной разливки согласно такому способу регулирования.
Предложенное изобретение относится, кроме того, к управляющему устройству для установки непрерывной разливки, которое выполнено таким образом, что оно при работе выполняет такой способ регулирования.
Наконец, предложенное изобретение относится к установке непрерывной разливки, которая управляется таким устройством управления.
На зеркало расплава в кристаллизаторе непрерывной разливки нежелательным образом оказывают влияние, в числе прочего, скачкообразные возмущения. Примерами подобных нежелательных возмущений являются так называемые «закупорка» и «прочистка», то есть внезапное прилипание или отламывание оксида алюминия во впускном канале кристаллизатора. Также на зеркало расплава может оказывать нежелательное влияние выпуск рывками металлического изделия. Каждое возмущение зеркала расплава означает потерю качества изделия. Поэтому колебания зеркала расплава должны поддерживаться по возможности малыми.
В уровне техники регулятор зеркала расплава чаще всего выполнен как PI-регулятор, который дополнительно имеет несколько дополнительных функций для устранения специфических возмущений. Примером подобной дополнительной функции является вышеупомянутая компенсация колебаний вздутия. Интегральная составляющая регулятора зеркала расплава требуется согласно уровню техники, чтобы находить и поддерживать стационарное заданное положение для блокирующего устройства.
При внезапных возмущениях подачи или возмущениях выпуска зеркало расплава должно быстро реагировать. В частности, интегральная составляющая регулятора зеркала расплава должна быстро переходить на новое заданное положение для блокирующего устройства. Интегральная составляющая с малым временем изодрома (подстройки) будет реагировать хотя и быстро, но с перерегулированием. Интегральная составляющая с большим временем изодрома хотя и не вызывает перерегулирования, но зато будет реагировать слишком медленно. В обоих случаях зеркало расплава не может в желательной мере быстро, но несмотря на это с надежным демпфированием приводиться к своему заданному значению.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать возможности реализации более точного регулирования.
Эта задача решается способом регулирования с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные выполнения соответствующего изобретению способа регулирования являются предметом зависимых пунктов 2-9.
В соответствии с изобретением предусмотрено способ регулирования вышеуказанного вида выполнять таким образом, что
разность в компенсаторе возмущающего воздействия подается на дифференциальный регулятор, который из нее определяет выходной сигнал регулятора,
выходной сигнал регулятора, с одной стороны, умножается, на коэффициент включения, и умноженный на коэффициент включения выходной сигнал регулятора в качестве значения компенсации возмущающего воздействия включается в заданное положение,
- в выходной сигнал регулятора, с другой стороны, включается выведенный из фактического положения сигнал подачи, и результат включения внутри компенсатора возмущающего воздействия подается на интегратор, выходной, сигнал которого соответствует ожидаемому значению для зеркала расплава.
В предпочтительном выполнении предложенного изобретения предусмотрено, что ожидаемое значение для зеркала расплава задержки вычитается из измеренного фактического значения зеркала расплава. За счет этого метода может быть реализовано быстрое реагирование на возмущения зеркала расплава.
Предпочтительным образом предусмотрено, что коэффициент включения в начале способа регулирования имеет начальное значение и в ходе способа регулирования постоянно повышается до конечного значения. За счет этого метода, в частности, возможно подключение без возмущений компенсатора возмущающего воздействия. Это особенно действительно, если начальное значение коэффициента включения равно нулю, а конечное значение коэффициента включения равно единице.
Регулятор зеркала расплава обычно выполнен как регулятор с интегральным поведением, например как PI-регулятор (пропорционально-интегральный регулятор) или как PID-регулятор (регулятор с пропорциональным, интегральным и дифференциальным регулированием). На основе своего интегрального поведения, регулятор зеркала расплава имеет время изодрома. Время изодрома характеризует то, насколько быстро регулятор зеркала расплава реагирует на возмущения. В частности, регулятор зеркала расплава при малом времени изодрома реагирует быстро на возмущения, однако имеет тенденцию к перерегулированию. Напротив, регулятор зеркала расплава при большом времени изодрома хотя и реагирует стабильно на возмущения зеркала расплава, однако при этом реагирует медленнее. В предпочтительном выполнении предложенного изобретения предусмотрено, что время изодрома регулятора зеркала расплава в течение и/или после повышения коэффициента включения повышается от начального значения до конечного значения. Начальное значение и конечное значение времени изодрома являются, разумеется, другими значениями, чем начальное значение и конечное значение коэффициента включения.
Возможно, что конечное (окончательное) значение времени изодрома является конечным. В этом случае интегральная составляющая регулятора зеркала расплава сохраняется в каждом рабочем состоянии. Однако также возможно, что конечное (окончательное) значение времени изодрома является бесконечным. Это соответствует полному отключению интегральной составляющей регулятора зеркала расплава. Если, например, регулятор зеркала расплава выполнен как PI-регулятор, то он работает с временем изодрома, равным бесконечности, еще как Р-регулятор. Также может, например, PID-регулятор за счет повышения времени изодрома до значения, равного бесконечности, сводиться к PI-регулятору.
Дифференциальный регулятор выполнен (по меньшей мере) как пропорциональный регулятор. Поэтому он имеет пропорциональное усиление. В предпочтительном выполнении настоящего изобретения пропорциональное усиление в течение и/или после повышения коэффициента включения повышается от начального значения до конечного значения. Начальное значение и конечное значение пропорционального усиления при этом являются другими значениями, чем начальное значение и конечное значение коэффициента включения.
Повышение пропорционального усиления дифференциального регулятора и повышение времени изодрома регулятора зеркала расплава являются независимыми друг от друга. Также возможно повышать только одно значение, а другое значение поддерживать постоянным или повышать оба значения. Также в случае, когда оба значения повышаются, повышение осуществляется в различающихся друг от друга временных интервалах.
Начальное значение пропорционального усиления дифференциального регулятора может определяться по потребности. Предпочтительным образом, начальное значение равно пропорциональному усилению регулятора зеркала расплава.
Дифференциальный регулятор может, например, выполняться как PI-регулятор или как еще более сложный регулятор. Предпочтительным образом, однако дифференциальный регулятор выполнен как чисто Р-регулятор.
Настоящее изобретение также реализуется посредством компьютерной программы вышеуказанного типа, причем выполнение компьютерной программы обуславливает то, что управляющее устройство регулирует зеркало расплава в кристаллизаторе непрерывной разливки согласно соответствующему изобретению способу регулирования. Компьютерная программа может, например, сохраняться на носителе данных в машиночитаемой форме. Носитель данных может, в частности, быть составной частью управляющего устройства.
Вышеуказанная задача также решается управляющим устройством для установки непрерывной разливки, которое выполнено таким образом, что оно при работе выполняет соответствующий изобретению способ регулирования. Наконец, задача решается посредством установки непрерывной разливки, которая управляется соответствующим изобретению управляющим устройством.
Другие преимущества и детали следуют из последующего описания примеров выполнения со ссылками на чертежи, на которых в принципиальном представлении показано следующее:
Фиг.1 - схематичное представление установки непрерывной разливки,
Фиг.2 - блок-схема устройства регулирования,
Фиг.3 - схематичное представление внутренней структуры компенсатора возмущающего воздействия,
Фиг.4 и 5 - временные диаграммы.
Согласно фиг.1 установка непрерывной разливки содержит кристаллизатор 1 непрерывной разливки. В кристаллизатор 1 непрерывной разливки по погружной трубе 2 разливается жидкий металл 3, например сталь или алюминий. Подача жидкого металла 3 в кристаллизатор 1 непрерывной разливки устанавливается посредством блокирующего устройства 4. На фиг.1 показано выполнение блокирующего устройства 4 как заглушки. В этом случае положение блокирующего устройства 4 соответствует положению хода заглушки. В качестве альтернативы блокирующее устройство 4 может быть выполнено как шибер. В этом случае положение блокировки соответствует положению шибера.
Находящийся в кристаллизаторе 1 непрерывной разливки жидкий металл 3 охлаждается посредством устройств охлаждения, так что образуется оболочка 5 изделия. Однако сердцевина 6 металлического изделия 7 еще жидкая. Она затвердевает позднее. Охлаждающие устройства не показаны на фиг.1. Частично кристаллизованное металлическое изделие 7 (затвердевшая оболочка 5 изделия, жидкая сердцевина 6) выпускается из кристаллизатора 1 непрерывной разливки посредством разгрузочного устройства 8.
Зеркало 9 расплава жидкого металла 3 в кристаллизаторе 1 непрерывной разливки должно поддерживаться по возможности постоянным. Скорость v выпуска, с которой частично кристаллизованное металлическое изделие 7 выпускается из кристаллизатора 1 непрерывной разливки, как правило, является постоянной. При этом как в уровне техники, так и в настоящем изобретении положение блокирующего устройства 4 отслеживается, чтобы подачу жидкого металла 3 в кристаллизатор 1 непрерывной разливки установить таким образом, что зеркало 9 расплава поддерживается по возможности постоянным.
Посредством соответствующего измерительного устройства 10 (самого по себе известного) определяется фактическое значение hG зеркала 9 расплава. Фактическое значение hG подается на управляющее устройство 11 для установки непрерывной разливки. Управляющее устройство 11 определяет согласно способу регулирования, который поясняется более подробно ниже, заданное положение р*, которое должно занимать блокирующее устройство 4. Блокирующее устройство 4 затем соответственно управляется управляющим устройством 11. Как правило, управляющее устройство 11 выдает соответствующий сигнал положения на регулирующее устройство 12 для блокирующего устройства 4. Регулирующее устройство 12 может представлять собой, например, блок гидравлического цилиндра.
Как правило, кроме того, с помощью соответствующего измерительного устройства 13 (самого по себе известного) определяется фактическое положение р блокирующего устройства 4 и подается на управляющее устройство 11. Обычно осуществляется при этом регулирование (регулирование по замкнутому циклу) положения блокирования. В качестве альтернативы, возможно также чистое управление (регулирование по разомкнутому циклу).
Управляющее устройство 11 выполнено таким образом, что оно в процессе работы выполняет способ, соответствующий изобретению. Как правило, способ действия управляющего устройства 11 определяется компьютерной программой 14, с помощью которой запрограммировано управляющее устройство 11. С этой целью компьютерная программа 14 сохранена в управляющем устройстве 11 на носителе 15 данных, например, на флэш-EPROM (стираемая программируемая постоянная память). Носитель 15 данных является составной частью управляющего устройства 11. Сохранение осуществляется в машиночитаемой форме.
Компьютерная программа 14 может подаваться в управляющее устройство 11 посредством мобильного носителя 16 данных, например USB-MemoryStick (карта флэш-памяти стандарта MemoryStick) или SD-карты памяти (не показана). Также на мобильном носителе 16 данных компьютерная программа 14 сохранена в машиночитаемой форме. В качестве альтернативы возможно подавать компьютерную программу 14 в управляющее устройство 11 через соединение с вычислительной сетью или программируемое устройство.
Компьютерная программа 14 включает в себя машинный код 17, который может непосредственно выполняться управляющим устройством 11. Выполнение машинного кода 17 управляющим устройством 11 обуславливает то, что управляющее устройство 11 регулирует зеркало 9 расплава в кристаллизаторе 1 непрерывной разливки согласно соответствующему изобретению способу регулирования. Этот способ регулирования далее поясняется более подробно со ссылками на фиг.2 и 3.
Фиг.2 показывает устройство регулирования, реализованное управляющим устройством 11. Работа устройства регулирования по фиг.2 обеспечивает возможность осуществления соответствующего изобретению способа регулирования для зеркала 9 расплава в кристаллизаторе 1 непрерывной разливки.
Согласно фиг.2 устройство регулирования содержит регулятор 18 зеркала расплава. Регулятор 18 зеркала расплава определяет на основе заданного значения hG* для зеркала 9 расплава и фактического значения hG, определенного посредством измерительного устройства 10, для зеркала 9 расплава, согласно характеристике регулирования, заданное положение р* для блокирующего устройства 4. Характеристика регулирования регулятора 18 зеркала расплава является согласно представлению на фиг.2 пропорционально-интегральной. Однако в качестве альтернативы возможны другие характеристики регулирования, например PID. Независимо от его конкретного выполнения регулятор 18 зеркала расплава, однако, предпочтительно выполнен как регулятор с интегральным режимом работы.
Заданное положение р* для блокирующего устройства 4 подается на блокирующее устройство 4. Как упомянуто выше, установка блокирующего устройства 4 осуществляется обычно регулируемым образом. В этом случае, который показан на фиг.2, заданное положение подается на регулятор 19 положения, на который также подается фактическое положение р блокирующего устройства 4. Регулятор 19 положения может, например, выполняться как Р-регулятор.
Фактическое положение р блокирующего устройства 4 действует, на основе установленной за счет этого подачи жидкого металла 3, на фактическое зеркало 9 расплава. Фактическое значение hG зеркала 9 расплава определяется и, как уже упоминалось, подается на регулятор 18 зеркала расплава.
На кристаллизатор 1 непрерывной разливки могут действовать возмущающие воздействия, которые оказывают влияние на зеркало 9 расплава. Для компенсации возмущающего воздействия предусмотрен компенсатор 20 возмущающего воздействия. На компенсатор 20 возмущающего воздействия подаются измеренное фактическое значение hG зеркала 9 расплава, а также фактическое положение р блокирующего устройства 4.
Структура и способ работы компенсатора 20 возмущающего воздействия далее поясняются более подробно со ссылками на фиг.3.
Согласно фиг.3 компенсатор 20 возмущающего воздействия содержит в числе прочего интегратор 21. Постоянная ТК времени интегрирования интегратора 21 предпочтительно определяется поперечным сечением кристаллизатора 1 непрерывной разливки, диапазоном δhG измерительного устройства 10 для фактического значения hG зеркала 9 расплава и диапазоном δр измерительного устройства 13 для фактического положения р, а также характеристикой К блокирующего устройства 4. В частности, постоянная ТК времени интегрирования может определяться по формуле
<mrow><mi>T</mi><mi>K</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>δ</mi><mi>h</mi><mi>G</mi></mrow><mrow><mi>δ</mi><mi>p</mi></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>K</mi></mrow>
Конкретное значение для характеристики К получается посредством фиктивной рабочей точки блокирующего устройства 4, то есть положение блокирующего устройства 4, при котором подача жидкого металла 3 в кристаллизатор 1 непрерывной разливки и количество металла, выпускаемое при заданной скорости v выпуска, находятся в равновесии.
На интегратор 21 внутри компенсатора 20 возмущающего воздействия подается входное значение, которое далее будет еще рассмотрено. Интегратор 21 определяет путем интегрирования входного значения в соответствии с постоянной ТК времени интегрирования выходной сигнал hE. Выходной сигнал hE соответствует ожидаемому значению hE для зеркала 9 расплава.
Ожидаемое значение hE подается внутри компенсатора 20 возмущающего воздействия в узловую точку 22, в которую дополнительно подается фактическое значение hG зеркала 9 расплава. В узловой точке 22 ожидаемое значение hE вычитается из фактического значения hG. Разность далее обозначается условным обозначением е.
Измерительное устройство 10 для зеркала 9 расплава обладает задержкой. Поэтому фактическое значение hG зеркала 9 расплава имеет время задержки. Является возможным ожидаемое значение hE с помощью элемента задержки соответственно активным образом задержать. С этой целью между интегратором 21 и узловой точкой 22 должен был бы размещаться элемент задержки. Однако предпочтительным образом подобного элемента задержки не имеется. Ожидаемое значение hE для зеркала 9 расплава предпочтительным образом без задержки вычитается из измеренного фактического значения hG зеркала 9 расплава.
Разность е внутри компенсатора 20 возмущающего воздействия подается на дифференциальный регулятор 23. Дифференциальный регулятор 23 определяет на основе разности е выходной сигнал е' регулятора. Дифференциальный регулятор 23 может быть выполнен по потребности. Например, дифференциальный регулятор 23 может быть выполнен как PI-регулятор. Предпочтительным является, что дифференциальный регулятор 23 выполнен как чисто Р-регулятор. Независимо от его конкретного выполнения дифференциальный регулятор 23 имеет, однако, пропорциональное усиление кР.
Выходной сигнал е' регулятора соответствует уже с самого начала значению z компенсации возмущающего воздействия, которое должно быть включено в заданное положение р* блокирующего устройства 4. Однако перед включением выходной сигнал е' регулятора в умножителе 24 умножается на коэффициент k включения. Произведение коэффициента k включения и выходного сигнала е' регулятора соответствует значению z компенсации возмущающего воздействия.
Коэффициент k включения может иметь постоянное значение. В частности, является возможным, что коэффициент k включения имеет постоянное значение, равное единице. Предпочтительным, однако, является, что коэффициент k включения согласно представлению на фиг.4 в начале способа регулирования имеет начальное значение kA и в ходе способа регулирования постепенно увеличивается до конечного значения кЕ. В частности, является возможным, что начальное значение kA равно нулю, а конечное значение kE равно единице.
В выходной сигнал е' регулятора, кроме того, в компенсаторе 20 возмущающего воздействия включается сигнал Z подачи. Сигнал Z подачи согласно фиг.3 выводится из фактического положения р блокирующего устройства 4. В частности, согласно фиг.3, сигнал Z подачи определяется тем, что на основе фактического положения р блокирующего устройства 4 и характеристики К блокирующего устройства 4 определяется подача Z, которая получается при заданном фактическом положении р блокирующего устройства 4. Результат включения подается внутри компенсатора 20 возмущающего воздействия на интегратор 21 в качестве его входного сигнала.
Как уже упомянуто, регулятор 18 зеркала расплава предпочтительно выполнен как регулятор с режимом интегрирования. Поэтому регулятор 18 зеркала расплава имеет предпочтительно время изодрома TN. Время изодрома TN является характерным для интегрального режима регулятора 18 зеркала расплава.
Является возможным, что время изодрома TN регулятора 18 зеркала расплава поддерживается постоянным во времени. Однако предпочтительно, соответственно представлению на фиг.4 и 5, что время изодрома TN регулятора 18 зеркала расплава повышается в течение и/или после повышения коэффициента k включения от начального значения ТА до конечного значения ТЕ. Фиг.4 показывает повышение времени изодрома TN в течение повышения коэффициента k включения. Фиг.5 показывает повышение времени изодрома TN после повышения коэффициента k включения. Также возможны другие выполнения. Например, повышение времени изодрома TN может начинаться с повышением коэффициента k включения и после момента времени, к которому коэффициент k включения достиг своего конечного значения kE, сохранять свое значение. Также возможно, повышение времени изодрома TN начинать к моменту времени, в которое коэффициент k включения, хотя уже и больше, чем его начальное значение kA, однако меньше, чем его конечное значение kE.
В соответствии с представлением на фиг.4 и 5 является возможным, что конечное (окончательное) значение ТЕ времени изодрома TN является конечным. В этом случае, после достижения конечного значения ТЕ времени изодрома TN поддерживается постоянным - хотя и сокращенное - интегральное поведение регулятора 18 зеркала расплава. В качестве альтернативы, согласно пунктирному представлению на фиг.4 и 5, можно повышать время изодрома TN до конечного значения ТЕ, представляющего собой бесконечность. В этом случае интегральное поведение регулятора 18 зеркала расплава полностью подавляется.
Аналогичным образом, также является возможным, что пропорциональное усиление kP дифференциального регулятора 23 во время всего способа регулирования является постоянным. Однако предпочтительно согласно представлениям на фиг.4 и 5, что пропорциональное усиление kP повышается в течение (см. фиг.4) и/или после (см. фиг.5) повышения коэффициента k включения от начального значения kPA до конечного значения kPE регулятора 19 положения. Аналогично повышению времени изодрома TN, и здесь возможны такие выполнения, что хотя, например, повышение пропорционального усиления kP дифференциального регулятора 23 начинается вместе с повышением коэффициента k включения, однако продолжается после момента времени, к которому коэффициент k включения достиг своего конечного значения kE. Также является возможным, например, начать с повышения пропорционального усиления kP дифференциального регулятора, в то время как коэффициент k включения имеет промежуточное значение между своим начальным значением kA и своим конечным значением kE.
Начальное значение kPA пропорционального усиления kP дифференциального регулятора 23 может выбираться по потребности. Предпочтительным образом, начальное значение kPA равно пропорциональному усилению k' регулятора 18 зеркала расплава.
Повышение пропорционального усиления kP дифференциального регулятора 23 и повышение времени изодрома TN регулятора 18 зеркала расплава могут быть реализованы независимо друг от друга. В частности, является возможным повышать только пропорциональное усиление kP дифференциального регулятора 23, а время изодрома TN регулятора 18 зеркала расплава, напротив, поддерживать постоянным. Также возможно, наоборот, повышать только время изодрома TN регулятора 18 зеркала расплава, а пропорциональное усиление kP дифференциального регулятора 23, напротив, поддерживать постоянным. Однако особенно предпочтительным является повышать как пропорциональное усиление kP дифференциального регулятора 23, так и время изодрома TN регулятора 18 зеркала расплава. В последнем указанном случае является возможным, что повышение пропорционального усиления kP дифференциального регулятора 23 и повышение времени изодрома TN регулятора 18 зеркала расплава осуществляются в том же самом временном интервале. Однако в качестве альтернативы возможно осуществлять повышение в отличающихся друг от друга временных интервалах, причем при необходимости может иметься область перекрытия.
Настоящее изобретение имеет множество преимуществ. В особенности в соответствующем изобретению способе регулирования компенсатор 20 возмущающего воздействия в значительной степени берет на себя определение стационарной заданной установки р* блокирующего устройства 4. Одновременно компенсатор 20 возмущающего воздействия работает динамически более благоприятно, чем интегральная составляющая регулятора 18 зеркала расплава. Время изодрома TN регулятора 18 зеркала расплава может поэтому выбираться большим, потому что интегральная составляющая должна компенсировать только незначительные неточности. В отдельных случаях интегральная составляющая может даже совсем отсутствовать (время изодрома TN стремится к бесконечности). С помощью соответствующего изобретению способа регулирования можно, таким образом, заметно лучше реагировать на скачкообразные возмущения при подаче жидкого металла 3 в кристаллизатор 1 непрерывной разливки и при выпуске металлического изделия 7 из кристаллизатора 1 непрерывной разливки и тем самым лучше поддерживать зеркало 9 расплава постоянным.
Приведенное выше описание служит исключительно пояснению настоящего изобретения. Объем защиты настоящего изобретения определяется исключительно приложенной формулой изобретения.