中心議題：

• 結晶器液位檢測控製係統優化
• 測量係統組成以及工作原理

解決方案：

• 硬件的完善與應用軟件開發
• 采用電子有源濾波器

• 采用西門子step5.3和監控畫麵軟factorylink開發係統控製軟件

1 引言

在連鑄生產過程中 
，結jie晶jing器qi鋼gang水shui液ye位wei自zi動dong控kong製zhi用yong於yu減jian少shao和he避bi免mian漏lou鋼gang溢yi鋼gang
，對dui於yu提ti高gao鑄zhu坯pi質zhi量liang和he穩wen定ding生sheng產chan過guo程cheng起qi著zhe重zhong要yao作zuo用yong，而er結jie晶jing器qi液ye位wei的de精jing確que檢jian測ce是shi實shi現xian液ye位wei自zi動dong控kong製zhi的de關guan鍵jian。改gai造zao采cai用yong國guo內nei生sheng產chan的deram係列渦流型鋼水液位控製儀
，並對結晶器液位控製係統進行了優化與完善。

2 測量係統組成以及工作原理

2.1 輻射法結晶器液位檢測

co60輻射法結晶器液位檢測係統工作原理co60輻射法結晶器液麵檢測測量原理基於當核輻射射線穿過物體時其輻射活度會減弱的物理原理。γ射線輻射活度的吸收率遵循指數規律：

i=i0e-μρd

物質吸收係數μ取決於所用的放射源(co-60或cs-137)和測量區域內熔鋼的重量ρ×d。youyujiejingqibijibeibandehouduyizhi，gangshuidetedingzhongliangshijishangbingbugaibian
，suoyijiancedexiaoguojiubuhuigaibian。huanjuhuashuo，jiejingqibijibeibandehoudubuhuiduijiancejingduyourenheyingxiang，erzhihuishishexianhuoduzaowendingdeshuaijian
，ertaketongguotigaofangsheyuandehuodulaijinxingbuchang。celiangxitongjiegourutu1 所示。
2.2 渦流檢測結晶器液位檢測

該測量係統采用渦流式傳感器測量鋼水液位，由振蕩器產生的50khz的高頻信號供給傳感器的初級線圈(激勵線圈)，由初級線圈產生的交變磁場由於受鋼水內渦流電流的影響，隨液位高度變化。在次級線圈(測量線圈)內將產生與通過線圈內磁場的強度成正比例變化的電壓v1
、v2 ，從而差動電壓 (v1-v 2) 隨液位高度變化。v1-v2經信號比較放大，進行相位分析、頻率分析
、振幅分析
，線性化，送給16位的高性能單片機80c196kc處理，即得到液位高度測量信號，經控製儀轉換成4～20ma信號送到結晶器液位控製係統plc。通過鍵盤及顯示窗口可以實現人機對話。控製儀測量範圍為0～150mm，分辯力為0.1mm。
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兩種結晶器液位檢測的綜合分析比較如附表所示。
3 渦流檢測係統

3.1 係統硬件構成

係統主要由傳感器和二次表組成。二次表主要由高頻振蕩器
、可編程信號放大器、相敏檢波器、濾波器、幅度鑒別器、agc電路

、線性化處理等電路構成。本文就係統關鍵部分電路的原理及作用加以論述。

3.2 傳感器

傳感器工作溫度範圍為-20～80℃，結jie構gou上shang采cai用yong風feng冷leng式shi，外wai殼ke為wei高gao強qiang度du陶tao瓷ci
，這zhe樣yang既ji減jian小xiao對dui傳chuan感gan器qi的de熱re輻fu射she
，保bao證zheng了le隔ge熱re冷leng卻que效xiao果guo，又you提ti高gao了le耐nai受shou撞zhuang擊ji的de能neng力li，提ti高gao了le可ke靠kao性xing。液ye位wei檢jian測ce時shi傳chuan感gan器qi懸xuan架jia式shi安an裝zhuang在zai結jie晶jing器qi口kou上shang方fang30mm處。渦流式傳感器不僅受自身測量線圈的特性影響
，而且還受在它附近的金屬物體(如結晶器壁) 的(de)影(ying)響(xiang)。如(ru)果(guo)傳(chuan)感(gan)器(qi)相(xiang)對(dui)於(yu)結(jie)晶(jing)器(qi)壁(bi)的(de)位(wei)置(zhi)或(huo)寬(kuan)度(du)的(de)改(gai)變(bian)，其(qi)靈(ling)敏(min)度(du)將(jiang)受(shou)到(dao)影(ying)響(xiang)，液(ye)位(wei)輸(shu)出(chu)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)也(ye)將(jiang)改(gai)變(bian)，需(xu)要(yao)對(dui)因(yin)現(xian)場(chang)測(ce)量(liang)條(tiao)件(jian)變(bian)化(hua)的(de)影(ying)響(xiang)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)
，因(yin)此(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)需(xu)要(yao)標(biao)零(ling)。

3.3 二次表電路

(1)振蕩器。振蕩器為檢測線圈提供電流以產生交變磁場。溫度、電源電壓、負(fu)載(zai)等(deng)的(de)變(bian)化(hua)以(yi)及(ji)機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)的(de)影(ying)響(xiang)
，都(dou)有(you)可(ke)能(neng)使(shi)振(zhen)蕩(dang)器(qi)的(de)頻(pin)率(lv)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，造(zao)成(cheng)振(zhen)蕩(dang)器(qi)工(gong)作(zuo)的(de)不(bu)穩(wen)定(ding)
，而(er)振(zhen)蕩(dang)器(qi)性(xing)能(neng)的(de)好(hao)壞(huai)直(zhi)接(jie)關(guan)係(xi)到(dao)測(ce)量(liang)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)。振(zhen)蕩(dang)源(yuan)頻(pin)率(lv)與(yu)幅(fu)值(zhi)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)是(shi)提(ti)高(gao)儀(yi)器(qi)的(de)信(xin)噪(zao)比(bi)及(ji)溫(wen)度(du)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)
，因(yin)此(ci)采(cai)用(yong)了(le)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)振(zhen)蕩(dang)器(qi)，並(bing)利(li)用(yong)精(jing)密(mi)穩(wen)壓(ya)二(er)極(ji)管(guan)組(zu)成(cheng)高(gao)精(jing)度(du)雙(shuang)向(xiang)限(xian)幅(fu)結(jie)構(gou)

(2)可(ke)編(bian)程(cheng)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)器(qi)。功(gong)能(neng)是(shi)線(xian)性(xing)放(fang)大(da)檢(jian)測(ce)到(dao)的(de)信(xin)號(hao)
，並(bing)按(an)液(ye)位(wei)信(xin)噪(zao)比(bi)要(yao)求(qiu)增(zeng)益(yi)或(huo)衰(shuai)減(jian)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)。具(ju)有(you)零(ling)電(dian)勢(shi)補(bu)償(chang)
，使(shi)檢(jian)測(ce)放(fang)大(da)的(de)信(xin)號(hao)電(dian)平(ping)位(wei)於(yu)放(fang)大(da)器(qi)的(de)線(xian)性(xing)或(huo)補(bu)償(chang)其(qi)零(ling)電(dian)勢(shi)
，得(de)到(dao)不(bu)失(shi)真(zhen)的(de)放(fang)大(da)信(xin)號(hao)。

(3) 相敏檢波器、濾波器及幅度鑒別器

相敏檢波器：用來鑒別各種因素引起的信號相位，通過調節移相器的相位值，讓液位信號通過

，而將其它噪聲信號削弱。

濾波器：采用電子有源濾波器，能使需要頻率範圍的信號較順利地通過，而該頻率範圍以外的信號受到較大的衰減
，抑製幹擾信號。

幅度鑒別器：是一個雙向切除低電平噪聲的電路
，利用液位信號和幹擾信號幅度上的差別來區分液位信號與幹擾信號。

(3) agc電路。agc電路補償因現場測量條件變化，對特性曲線的影響。當某些測量條件改變時(如更換傳感器)，即使在同一液位上，傳感器的輸出與原始輸出也有偏差。agc電路調整放大器的增益，使偏差趨於零。更換後的傳感器經標定後在檢測點處與更換前具有相同的輸出。
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(4) xianxinghuachuli。youyujianboshuchuheyeweigaodizhijianshifeixianxingtexingguanxi
，tongshimeigechuanganqizhizaobenshendechayi，zaochengbeiceyeweidexinhaoganyingliangyiyoubutong
，suoyiercibiaoxuyaobiaodingkeduchuanganqi
，shizhixianxinghuachuli。jutifangfashi：二次表將傳感器感應信號測量範圍分成12段，每段12.5mm
，共150mm的測程範圍，每一段都建立一個線形的輸入對輸出的關係，然後按12個線形段標定出對應於輸入的輸出。

(5) wenduyingxiangjiyizhi。huanjingwendudebianhuajiangyinqiwoliuchuanganqizukangdebianhua，duijiancexinhaodeyingxiangzhuyaolaizichuanganqijilixianquan，qicishiceliangxianquan。xianquanwenduyuxinhaozhijianjunchengxianxingguanxi。genjuzhedian

，shouxianqiudechuanganqidewenduyuxinhaoshuxuemoxing，shejiruanjian
，tongguodanpianjizhixinglaixiaochuwendudeyingxiang。

4 硬件的完善與應用軟件開發

4.1 硬件係統的完善

本控製係統主要采用l1級控製係統，設計時側重考慮正常情況下的信號傳輸與處理;但在實際生產中發現，渦流檢測信號在高溫
、幹擾環境下容易出現衰減和擾動。為此運用中繼
、雙絞、屏蔽等技術進行處理，增加fb100信號中繼箱，保證了信號的實時傳遞。

在液位控製儀中轉換成標準信號後送到plc和上位機的過程中，考慮到意外情況下不能關閉中包塞棒，增加了一套信號傳輸通道fb200，一旦一路發生中斷，可在不到3s的時間內投運另一路。plc和上位機在完成監控功能的同時輸出信號到液壓比例閥
，在plc輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)一(yi)定(ding)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，重(zhong)點(dian)研(yan)究(jiu)了(le)比(bi)例(li)調(tiao)節(jie)閥(fa)內(nei)放(fang)大(da)旋(xuan)鈕(niu)的(de)配(pei)合(he)
，掌(zhang)握(wo)了(le)放(fang)大(da)和(he)振(zhen)幅(fu)之(zhi)間(jian)的(de)線(xian)性(xing)關(guan)係(xi)，可(ke)實(shi)現(xian)中(zhong)包(bao)塞(sai)棒(bang)液(ye)壓(ya)缸(gang)的(de)振(zhen)幅(fu)調(tiao)節(jie)
，進(jin)而(er)實(shi)現(xian)結(jie)晶(jing)器(qi)液(ye)麵(mian)的(de)調(tiao)節(jie)，達(da)到(dao)液(ye)麵(mian)檢(jian)測(ce)和(he)調(tiao)節(jie)的(de)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)，最(zui)終(zhong)實(shi)現(xian)整(zheng)個(ge)l1級的閉環控製，如圖2所示。

4.2 應用程序開發

在1#連鑄機結晶器液位自動控製係統中，plc程序采用西門子step5.3和監控畫麵軟factorylink開發係統控製軟件。以結晶器液位的讀入
、檢查和實際轉換輸出的主要功能塊fc101為例，本功能塊通過調用結晶器實際液位值
、液壓缸位置傳感器的反饋信號和現場液位限位信號
，完成內部pid調節的同時，在上位機上實現液位波動的實時監控與報警。

5 結束語

從液麵控製效果來看
，結晶器液位實際值圍繞液位設定值波動
，波動幅度為±1mm。實踐證明，液位控製係統的應用與完善，不但確保了l1級液位的精確度
，而且為l2級自動澆鑄奠定了基礎。