阅读说明：本技术 一种用于连铸结晶器专家系统的主动抗电磁搅拌干扰装置 (Active anti-electromagnetic stirring interference device for continuous casting crystallizer expert system ) 是由 方志宏 夏勇 吴存有 吴建明 陆敏健 于 2018-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于连铸结晶器专家系统的主动抗电磁搅拌干扰装置,包括：电磁搅拌电源、温度信号采集单元、专家系统计算单元、输出电流检测模块以及抗干扰模块,其中,抗干扰模块包括多个温度放大器、多个增益调整电路、多个相位调整电路、多个减法电路、以及幅值零位恢复电路。相位调整电路对干扰抵消信号的相位进行调整使之与温度传感器干扰信号相同。幅值零位恢复电路使实际干扰信号的幅值为零。本发明装置可以完全消除电磁搅拌对结晶器专家系统的干扰,最终使电磁搅拌系统能够正常投运。通过把握干扰特性,传输方式,对周边设备的干扰机理,将其对漏钢预报干扰从原理上完全消除。(The invention discloses an active anti-electromagnetic stirring interference device for a continuous casting crystallizer expert system, which comprises: the electromagnetic stirring power supply, the temperature signal acquisition unit, expert system computational element, output current detection module and anti-interference module, wherein, anti-interference module includes a plurality of temperature amplifiers, a plurality of gain adjustment circuit, a plurality of phase adjustment circuit, a plurality of subtraction circuit and amplitude zero restoration circuit. The phase adjustment circuit adjusts the phase of the interference cancellation signal to be the same as the temperature sensor interference signal. The amplitude zero restoration circuit makes the amplitude of the actual interference signal zero. The device can completely eliminate the interference of electromagnetic stirring on the expert system of the crystallizer, and finally the electromagnetic stirring system can be normally put into operation. By grasping the interference characteristics, the transmission mode and the interference mechanism on peripheral equipment, the interference on breakout prediction is completely eliminated in principle.)

一种用于连铸结晶器专家系统的主动抗电磁搅拌干扰装置

技术领域

本发明涉及连铸结晶器电磁搅拌装置，更具体地涉及一种用于连铸结晶器专家系统的主动抗电磁搅拌干扰装置。

背景技术

电磁搅拌是提高铸坯产品质量的重要工艺手段，它通过周期电磁场搅拌结晶器内的钢水，提升铸坯表面质量，减少缺陷。在产品要求不断提高的背景下，该技术用途越来越广泛。但该装置工作时周围产生强大电磁场，干扰周边控制设备，无法正常生产，必须通过配套的抗干扰手段，保证生产控制设备在电磁搅拌干扰条件下稳定运行。

结晶器专家系统是结晶器周边重要工艺状态检测设备，用于判断是否粘结漏钢，判断结晶器热传导是否正常，以保障生产顺行，保证铸坯质量。其基础是布置在结晶器上的热电偶温度传感器阵列，通常结晶器的每个边有3排，长边每排有6到15个热电偶。每个热电偶的工作温度在0～400℃，合计0-16mV。而现场实际使用时，电磁搅拌装置工作电流有600A，对结晶器专家系统的干扰已经接近满量程，严重干扰了生产顺行。

传统的硬件件抗干扰措施,包括：电源净化设计；输入输出通道干扰的抑制；电气隔离技术与反电动势干扰的抑制；电屏蔽技术与传输线的抗干扰设计；接地技术以及软件方面抗干扰措施等，现有的抗干扰技术很难消除结晶器周围电磁搅拌使600A电流所产生的电磁干扰。

下表列出了传统的抗干扰手段：

申请号为201310138991.5的发明专利申请公开了一种板坯连铸结晶器电磁搅拌装置的电磁感应器。这是一种带有磁屏蔽罩结构的电磁感应器，能够改变磁力线的空间走向，产生更高的磁感应强度，提高电磁力，提高系统效率，同时减小搅拌装置的磁场对周边设备仪表的。由于结晶器的结构限制，虽然可以改善该技术，但不能彻底消除电磁搅拌对结晶器专家系统的干扰。

因此需要针对电磁搅拌装置对周围测控设备的强电磁干扰，通过体系化的测试分析，通过检测电磁搅拌的输出状态信号，利用抗干扰装置合理调整这个信号的幅值、相位，使它刚好可以抵消结晶器专家系统受到的干扰作用，消除对漏钢预报系统、液面计和结晶器调宽装置的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种结晶器专家系统主动抗电磁搅拌干扰装置与工作过程控制方法。建立体系化的完善的电磁场测量手段、分析方法、抗干扰装置的开发、测试技术，消除生产中的抗电磁干扰，保证生产顺行，并为大功率冶金设备的优化技术，提供手段。能使600A/380V以上的大电流设备与16mV的精密测量设备在一个体系内相互融合，完全消除电磁搅拌装置对连铸机结晶器周边关键测控设备的干扰。避免电磁搅拌与结晶器专家系统相互切换使用，在测量时刻停止电磁搅拌，电磁搅拌时停止测量。间歇性工作，降低电磁搅拌的工艺效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于连铸结晶器专家系统的主动抗电磁搅拌干扰装置，包括：电磁搅拌电源、温度信号采集单元、以及专家系统计算单元，该装置还包括：输出电流检测模块以及抗干扰模块，其中：

所述温度信号采集单元包括多个温度传感器1～N；

所述输出电流检测模块包括多个电磁搅拌电流检测器1～N；

所述抗干扰模块包括多个温度放大器1～N、多个增益调整电路1～N、多个相位调整电路1～N、多个减法电路1～N、以及幅值零位恢复电路1～N，其中：

所述多个温度传感器1～N之一的温度信号提供给所述多个温度放大器1～N中的相应一个温度放大器，放大后的信号输入所述多个减法电路1～N中的相应一个减法电路；

所述多个电磁搅拌电流检测器1～N之一的电流信号提供给所述多个增益调整电路1～N中的相应一个增益调整电路，增益调整后的信号输入所述多个相位调整电路1～N中的相应一个相位调整电路，相位调整后的信号输入所述多个减法电路1～N中的相应一个减法电路；

所述减法电路对输入的两者信号进行相减，消除温度信号中的干扰成分；

所述减法电路的输出信号输入所述幅值零位恢复电路1～N中的相应一个幅值零位恢复电路，该幅值零位恢复电路对输入信号进行幅值恢复，幅值恢复后的信号提供给结晶器专家系统温度检测单元。

根据本发明的实施例，在没有施加电磁搅拌时，所述幅值零位恢复电路对温度信号进行调整，使输出温度信号与输入温度信号的幅值和零位相同。

所述温度传感器产生干扰信号St，所述电磁搅拌电流检测器产生干扰抵消信号Si，

所述相位调整电路对所述增益调整电路输出的干扰抵消信号的相位θ进行相位调整，使干扰抵消信号的相位与温度传感器的干扰信号St同相。

干扰抵消信号的相位调整到位后，所述幅值零位恢复电路对干扰抵消信号的幅值进行调整，使输出的温度信号中的实际干扰信号Sr的幅值为零。

所述多个温度传感器为设置在连铸结晶器周边的热电偶温度传感器阵列。

所述电磁搅拌电流检测器为电磁搅拌电流互感器。

在结晶器电磁搅拌时，工作频率为4.5Hz，载波频率为2KHz，谐波频率最高达350KHz，工作电流最高达600A。

本发明能够能使600A/380V以上的大电流设备与16mV的精密测量设备在一个体系内相互融合，完全消除电磁搅拌装置对连铸机结晶器周边关键测控设备的干扰。避免电磁搅拌与结晶器专家系统相互切换使用，在测量时刻停止电磁搅拌，电磁搅拌时停止测量。间歇性工作，降低电磁搅拌的工艺效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是结晶器电磁搅拌器的结构的示意图；

图2是结晶器周边磁场的示意图；

图3是电磁搅拌器及结晶器专家系统的布置图；

图4是现场干扰情况；

图5是根据本发明的抗干扰装置总体结构布置图；

图6是抗干扰装置总体结构中的抗干扰模块的方框图；

图7是干扰信号相消过程中相位调整原理图；

图8是干扰信号相消过程中幅值调整原理图；

图9是干扰信号特征的屏幕截图；

图10是抗干扰之后的结晶器专家系统的效果图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案进行具体说明。

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

图1示出结晶器电磁搅拌器的结构示意图。电磁搅拌装置通常使用五极搅拌器，其几何模型如图1所示，在结晶器两侧各有三十组线圈，相邻两组线圈之间相位差60度。

在结晶器钢水中，搅拌器铁芯中心面的水平面上，电磁场在不同相位角时的分布示于图2。在搅拌器绕组电流交变周期内，最大磁感应强度随着相位角变化依次往左侧移动，是典型的行波磁场。

显然，变化的强磁场对结晶器周围的作用测控装置产生严重的干扰。特别是结晶器专家系统，就布置在结晶器铜板上，位于2个搅拌装置之间。它包含温度传感器、温度信号采集模块和模型计算单元。计算单元根据温度的变化规律判断是否发生粘结性漏钢。结晶器铜板表面温度传感器安装在结晶器的铜板中，每个铜板上各有3排热电偶，它们通过一组很长的补偿导线传送到信号测量装置中，再由信号测量装置采集传感器信号。

图3示出电磁搅拌器及结晶器专家系统的布置图。电磁搅拌器及结晶器专家系统包括电磁搅拌电源、温度信号采集单元、以及专家系统计算单元。

由于电磁搅拌大功率干扰源与结晶器专家系统的温度信号采集装置之间的距离太近，干扰信号太大，造成非常强烈的干扰，结果如图4所示。在这种情况下，结晶器专家系统完全无法工作。

本发明专利申请利用电流互感器作为电磁搅拌装置的干扰检测单元，检测电磁搅拌装置的输出电流，作为结晶器专家系统的干扰信号。

图5示出根据本发明的结晶器专家系统主动抗电磁搅拌器干扰装置。与图3所示的电磁搅拌器及结晶器专家系统不同的是，该装置进一步包括输出电流检测模块和抗干扰模块。

如图5所示，所述抗干扰模块包括多个温度放大器1～N、多个增益调整电路1～N、多个相位调整电路1～N、多个减法电路1～N、以及幅值零位恢复电路1～N，其中：

所述多个温度放大器1～N中的一个温度放大器接收来自所述多个温度传感器1～N中相应一个传感器的温度信号，放大后的信号输入所述多个减法电路1～N中的相应一个减法电路；

所述多个增益调整电路1～N中的一个增益调整电路接收来自所述多个电磁搅拌电流检测器1～N中相应一个的电流信号，增益调整后的信号输入所述多个相位调整电路1～N中的相应一个相位调整电路，相位调整后的信号输入所述多个减法电路1～N中的相应一个减法电路；

所述减法电路对输入的两者信号进行相减，消除温度信号中的干扰成分；

所述减法电路的输出信号输入所述幅值零位恢复电路1～N中的相应一个幅值零位恢复电路，该幅值零位恢复电路对输入信号进行幅值恢复，幅值恢复后的信号提供给结晶器专家系统温度检测单元。

由于电磁搅拌干扰磁场作用在温度传感器及线路上，产生的干扰信号与电磁搅拌输出电流的频率、相位是一致的，利用这种特性将检测到的电流信号主动叠加消除掉干扰信号。

图6示出本发明的结晶器专家系统主动抗电磁搅拌器干扰装置中的抗干扰模块的原理方框图。结晶器专家系统共有N个温度信号，每个温度信号先由温度信号放大电路(1～N)进行放大，放大后输入相应的减法电路；来自电磁搅拌电流互感器检测到的信号作为干扰源信号进入到增益调整电路(1～N)和相位调整电路(1～N)进行处理，处理后的信号输入相应的减法电路，减法电路对两者进行相减，由此消除温度信号中的干扰成分，再经过幅值恢复后，送到温度检测单元(1～N)。

由于1～N个结晶器专家系统的温度传感器的安装位置，走线路径不同，所以作用在传感器上的干扰信号的幅值、相位也有非常大的差异。为此需要进一步调整干扰抵消信号的幅值和相位。

1.温度信号调整。当没有施加电磁搅拌时，调整温度信号的幅值恢复电路，使输出温度信号与输入温度信号的幅值和零位相同。保证整个抗干扰过程中基本的温度信号准确。

2.干扰抵消信号Si的相位调整。为使干扰抵消信号Si与温度传感器上的干扰信号St相同，需要合理调节干扰抵消信号Si的幅值和相位。首先调节相位关系θ，使输出信号中，干扰信号Sr波动幅值最小，此时的干扰抵消信号的相位就是最佳相位设定信号，也就是θ＝0。如图7，图8所示，只有干扰抵消信号的相位最佳时，输出信号中的干扰成分才最小。

3.干扰抵消信号Si的幅值调整。当干扰抵消信号Si的相位θ调整到位后，仅调整干扰抵消信号Si的幅值。如图8所示，使输出的温度信号中实际干扰信号Sr的幅值为零。

这样就可以用比较简洁的方法实现对结晶器专家系统的每个温度检测通道进行快速准确的调整，达到完全消除电磁搅拌干扰的目的。

本发明专利申请针对的是结晶器电磁搅拌装置的配套抗干扰技术，是一种用于结晶器专家系统主动抗电磁搅拌干扰装置。在结晶器电磁搅拌时，工作频率为4.5Hz，载波频率为2KHz，谐波频率最高达350KHz。工作电流最高达600A。在电磁搅拌电流100A情况下，干扰信号的幅值峰值大约为4V，幅值比较大，是冲击脉冲型的干扰，在160KHz处，干扰的能量最大，分散在每个分量处，信号强度比较低。600A工况下与100A相比，干扰的频率特性通常是一致的，但是幅值增大6倍，影响更大。现场初步测试结果，如图9所示。

本发明专利申请的装置可以完全消除电磁搅拌对结晶器专家系统的干扰,最终使电磁搅拌系统能够正常投运。本专利通过把握干扰特性，传输方式，对周边设备的干扰机理。将其对漏钢预报干扰从原理上完全消除，使生产顺行。能使600A以上的大电流电磁搅拌设备与0.1A以下的精密测量设备在一个生产体系内相互融合，避免有些钢铁厂家相互切换使用，在测量时刻停止电磁搅拌，间歇性地使用电磁搅拌，使电磁搅拌作用能力降低。

本装置使用后在结晶器电磁搅拌工作时，连铸生产时周边的精密测控系统能够正常进行。通过本装置，还可以提高连铸测控设备的稳定性，提高设备精度，提高连铸生产的精益化水平，保证生产顺行和产品质量，实现降本增效。图10示出抗干扰之后的结晶器专家系统的效果图。

本发明能够能使600A/380V以上的大电流设备与16mV的精密测量设备在一个体系内相互融合，完全消除电磁搅拌装置对连铸机结晶器周边关键测控设备的干扰。避免电磁搅拌与结晶器专家系统相互切换使用，在测量时刻停止电磁搅拌，电磁搅拌时停止测量。间歇性工作，降低电磁搅拌的工艺效果。

最后，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。