Development of automated control system for continuous casting

Abstract

EN: Context. Today, automated continuous casting control systems are developing rapidly, as process of manufacturing billets (products) of same size from metal in casting mold in mass production has long been outdated and “continuous casting stage” is coming. This process is suitable for non-ferrous metals and steel. However, each time during development, task of improving quality of resulting billet arises, which directly depends on optimizing efficiency and reliability of automated systems themselves. Optimization is key stage in development process, as it is aimed at ensuring accuracy and stability of casting process, which includes development of parametric model and accurate algorithms that ensure optimal temperature, metal pouring rate, oscillation frequency, oscillation amplitude, metal level in crystallizer, and position of position of industrial bucket stopper for each casting stage. In particular, this problem has not yet been fully solved in literature known to authors, so it is necessary to formulate problem and develop algorithm for system operation for specific safety casting unit. Objective. The aim of study is to develop automated control system to ensure accuracy and stability of casting process. Method. The developed control system for continuous casting plant is based on proposed parametric model, which is formalized on basis of set theory. The model takes into account key parameters for particular casting process: metal pouring rate, oscillation frequency, oscillation amplitude, metal level in crystallizer, and position of industrial bucket stopper. Results. The problem was formulated and key parameters were determined, which are taken into account in system’s algorithm, which made it possible to develop control system for continuous casting plant to solve problem of improving quality of resulting billet. Conclusions. A parametric model and generalized black box model representation were created, which are necessary for both new continuous casting projects and existing units to optimize metal casting process. To set up continuous casting system, controlled parameters such as pouring speed, oscillation frequency and amplitude, metal level in crystallizer, and position of industrial bucket stopper were determined. The algorithm of control system for continuous casting plant was developed, on basis of which system was developed that allows monitoring, regulation and control of obtaining steel process or non-ferrous billets. The developed user interface of control system is simple and easy to use. UK: Актуальність. На сьогодні автоматизовані системи управління безперервним литтям стрімким чином розвиваються, оскільки процес виготовлення заготовки (виробів) одного розміру з металу у виливниці при масовому виробництві давно застарів і настає «етап безперервного лиття». Такий процес виготовлення виробів підходить для кольорових металів та сталі. Однак, при розробці кожен раз виникає задача підвищення якості отриманої заготовки, яка безпосередньо залежить від оптимізації ефективності та надійності самих автоматизованих систем. Оптимізація є ключовим етапом в процесі розробки, оскільки вона спрямована на забезпечення точності та стабільності процесу лиття, що включає в себе розробку параметричної моделі та точних алгоритмів, які забезпечують оптимальну температуру, швидкість розливу металу, частота коливань, амплітуда коливань, рівень металу в кристалізаторі та положення стопора промковша для кожного етапу лиття. Зокрема, у відомій авторам літературі ця задача досі не вирішена у повному обсязі, тому, необхідно провести постановку задачі та розробити алгоритм роботи системи для конкретної установки безперервного лиття. Мета. Метою дослідження є розробка автоматизованої системи управління для забезпечення точності та стабільності процесу лиття. Метод. Розроблена система управління установкою безперервного лиття спирається на запропоновану параметричну модель, яка формалізована на базі теорії множин. Модель враховує ключові параметри для конкретного процесу лиття: швидкість розливу металу, частота коливань, амплітуда коливань, рівень металу в кристалізаторі та положення стопора промковша. Результати. Здійснена постановка задачі та визначені ключові параметри, які враховані в алгоритмі роботи системи, а це дало можливість розробити систему управління установкою безперервного лиття для вирішення задачі підвищення якості отриманої заготовки. Висновки. Створено параметричну модель та узагальнене представлення у вигляді моделі чорного ящика, які є необхідними як для нових проектів безперервного лиття, так і для вже існуючих агрегатів з метою оптимізації процесу лиття металу. Для налаштування системи безперервного лиття були визначені контрольовані параметри, такі як швидкість розливу, частота та амплітуда коливань, рівень металу у кристалізаторі та положення стопора промковша. Розроблено алгоритм системи управління для установки безперервного розливу на основі якого розроблено система, яка дозволяє реалізувати моніторинг, регулювання та управляння процесом отримання заготовок зі сталі або кольорових металів. Розроблено інтерфейс користувача системи управління є простим та зручним для користування.