冶金连铸机冷却水低压阀门自动化控制的简易改造方案

在冶金连铸过程中，冷却水的压力控制至关重要。尤其在低压支路中，传统手动阀门调节方式已难以满足现代连铸对快速响应与精准控制的双重要求。压力波动、调节滞后和操作依赖人为经验成为冷却水系统稳定运行的核心障碍。本文旨在分析当前冷却水低压阀门控制存在的实际问题，探索在不更换主系统结构的前提下，如何通过局部自动化控制技术实现简洁高效的改造，为连铸系统稳定运行与自动化升级提供现实路径。

1、连铸机冷却水低压阀门控制存在的问题

1.1 手动调节方式效率低、误差大

在当前冶金连铸现场中，冷却水系统的低压阀门多数仍采用手动操作的传统方式。调节过程中，操作人员往往依据经验判断系统压力是否合理，再通过手动旋转阀门控制开度。这种操作方法的最大问题在于缺乏标准化和实时性，阀门从下达指令到完成调整往往存在较长的延迟。尤其在多流连铸、快速切换或负荷突变的情况下，调节动作的滞后直接影响冷却系统的稳定运行。再者，人工调节难以保持持续一致性。不同操作人员之间由于经验和熟练度的差异，同一阀门在类似工况下可能出现完全不同的调节结果，这不仅容易造成压力参数的频繁波动，还会干扰连铸机的冷却节奏。在连续浇铸过程中，这种微小的误差一旦积累，将导致冷却强度失衡，进而对铸坯表面温度分布产生干扰，影响铸坯质量与生产节拍的稳定。此外，频繁的人工操作也加剧了操作工的劳动强度，并为系统运行带来人为失误的潜在风险。尤其是在班组交替、操作习惯不同的情况下，冷却水系统往往表现出调整不及时、参数波动幅度加剧等现象。由此看来，手动调节方式已难以满足当前高效率、高稳定性生产节奏下的实际需求。

1.2 系统压力反馈机制缺失，难以形成稳定闭环

从控制理论的角度来看，冷却水系统若想维持稳定运行，必须依赖有效的实时反馈机制。然而在实际运行中，大多数连铸机冷却系统并未配置专门的压力监测装置，系统的运行状态通常依靠操作人员目测表计或间歇性观察得出判断。这种近似“开环运行”的状态，意味着控制系统无法实时感知自身的调节效果，从而陷入“盲调”的被动局面。尤其是在铸流开启、喷淋系统启停、铸速变更等工况发生时，系统内部的压力分布往往迅速变化。如果没有实时压力反馈，调节阀门的动作只能依靠猜测和延迟判断，难以同步响应负荷的实际变化，结果往往是系统压力出现大幅波动。压力过低则冷却不足，铸坯内应力难以释放；压力过高则可能引发喷嘴损伤甚至阀门失效，这类问题在实际现场并不罕见。重要的是，缺乏反馈机制也意味着系统无法进行自我修正。调节行为一旦失误，将不会被系统自动识别并予以矫正，而只能等待操作人员下次巡检时再行干预。如此循环往复，系统长期运行处于不确定状态，不仅降低了运行效率，也增添了运维压力。因此，构建具有实时反馈能力的阀门控制机制，已成为提升冷却水系统运行水平的基础前提。

1.3 支路之间耦合干扰严重，影响系统整体稳定性

连铸机冷却系统在结构上通常由一套主供水管网辐射多个冷却支路，涵盖结晶器、二冷喷淋、辊道冷却等多个关键环节。由于各支路共用主供水管道，在调节某一支路阀门时，会直接影响到管网总压和平衡状态。若系统缺乏针对性的耦合控制机制，一条支路的调节极有可能引发整个系统压力分布的非线性波动。这种耦合干扰的后果在实际运行中体现得尤为明显。例如，当某一支路为应对铸速变化需迅速打开调节阀时，其水量突增将导致主供水压力下降，进而引发其他支路冷却水供应不足。操作人员此时若未及时感知并做出反应，冷却系统将陷入多支路同时失稳的被动状态，极易造成铸坯表面裂纹、变形等质量缺陷。此外，支路间调节动作缺乏协调性也是干扰源之一。由于各支路操作独立、监测手段有限，不同阀门的开度变化往往相互脱节，结果是系统在局部稳定的表象下，隐藏着整体失衡的风险。这种状态下，任何单点扰动都可能被放大，最终表现为全系统的运行不稳定。因此，建立具备独立控制能力的支路调节机制，显然是解决冷却水系统耦合干扰问题的关键环节。

2、冷却水低压阀门自动化控制的简易改造方案

2.1 应用电动调节阀替代人工调节，提升响应效率

传统的阀门调节方式虽然结构简单，但在高速连铸环境下其滞后的响应与依赖人工的调节机制已难以满足生产需求。电动调节阀因具备良好的开度调节精度和响应灵敏度，被认为是实现冷却水系统自动控制的关键部件。在设计思路上，比例式电动调节阀能够根据系统设定的目标参数自动调整开度，其控制信号通常来源于现场 PLC 模块或上位机指令，响应时间短，执行动作流畅稳定。与传统阀门相比，这类调节设备不仅具备更高的调节分辨率，而且内置反馈系统，能实时输出阀位信号。这种反馈回路有助于系统动态纠正调节误差，保持目标压力稳定。同时，电动阀门支持多种控制模式切换，包括手动、半自动与全自动状态，使其在现场调试与维护中更加灵活。不仅如此，电动调节阀的安装形式也相对便捷，可在不更动主干管路的前提下完成更换，降低了改造难度与停产风险。控制系统可根据运行参数进行逻辑判断，自行修正阀门开度，无需频繁干预，有效缓解了操作人员的工作压力，也为后续控制策略升级预留了接口空间。

2.2 引入压力传感器构建局部反馈回路

为了真正建立起系统的调节闭环，必须解决现场状态不可感知的问题，而压力传感器正是打通这一瓶颈的关键节点。在每条冷却水低压支路入口处安装压力变送器，既能实时采集实际供水压力，又能作为调节控制的直接依据，使得系统具备“感知—分析—执行”的基础能力。这些传感器通常将测得的模拟信号输入到本地 PLC 或 PID控制模块，后者根据设定的目标压力值与实际值之间的偏差执行闭环调节逻辑。借助于成熟的 PID 控制算法，控制系统可动态调整阀门动作，以平稳跟踪压力变化，从而使系统更加灵敏地应对铸速、冷却节奏或负载波动带来的影响。另一方面，传感器的数据还具备良好的拓展价值。在必要时，可通过通信网络接入上位监控系统，实现远程监控与历史数据分析，为现场运维提供直观依据。通过这一点，冷却系统从原本依赖经验判断的“静态调节”，逐渐演化为数据驱动的“动态响应”系统，整个运行状态更具韧性与稳定性。

2.3 实施分布式自动控制系统，增强系统协同调节能力

当连铸冷却系统的各支路具备了独立调节能力之后，如何实现整体协调便成为下一阶段的重点。分布式控制理念在这里发挥了决定性作用。通过在每条支路设置独立的 PLC 或智能控制模块，不仅可以实现该支路的本地闭环控制，还能将运行状态通过总线或工业以太网传输至中央监控平台。这种架构的优势在于，每个控制单元都具备独立决策与执行能力，即便在主系统部分失效时，也能维持局部运行稳定。同时，多个控制器之间可以共享关键运行参数，例如主供水压力、阀位状态或报警信息，从而实现各支路间的动态协同。例如，当某一支路因负荷骤升调节阀全开时，系统可自动检测并协调其他支路压降调整，避免单点扰动放大成系统性波动。并且，在这种系统架构下，后续对控制逻辑进行优化变得更加灵活，无需整体系统停机。工程技术人员可通过远程更新程序或调节参数的方式进行维护，有效提升了控制系统的可维护性与生命周期管理水平。通过这种方式，连铸冷却水系统的运行模式从“人工调节+事后修正”逐步演进为“局部自治+系统联动”的高效运行体系。

3、结语

本文针对连铸机冷却水系统中低压阀门控制方式滞后、压力波动大、系统协同能力弱等现实问题，提出了一种结构简洁、改造成本低的自动化控制方案。通过应用电动调节阀、构建压力反馈系统以及实施分布式本地控制，显著提升了调节响应效率与运行稳定性，为连铸生产的智能化升级提供了切实可行的路径。该方案在不改变主系统结构的基础上，实现了原有系统性能的跃升，具备良好的现场适应性与推广前景。

参考文献：

[1]王海涛，李建峰，张磊。连铸二冷水低压电动调节阀简易自动化改造实践[J].冶金自动化，2024,48(6):98-104.

[2]刘军，陈刚，赵晓阳。基于经济型 PLC 的连铸冷却水阀门控制改造方案[J].钢铁，2023,58(12):178-184.

[3]张明远，李娜，周健。冶金连铸低压冷却水阀门低成本自动化改造策略[J].重型机械，2023,(8):89-95.

[4]杨丽，张伟，吴刚。连铸机冷却水阀门电动化简易改造及 PID 控制优化[J].中国冶金，2022,32(10):156-162.

[5]赵鹏，刘晓东，马丽。基于 GEPLC 的连铸低压阀门自动化改造设计[J].机械设计与制造，2022,(12):245-249.