2 系統介紹

    在煉鋼連鑄生產(chǎn)自動(dòng)化系統中，采用西門(mén)子plc作為系統的控制中心，傳動(dòng)部分分為公用部分、鑄流部分、冷卻水部分和火焰切割幾部分。由于連鑄機生產(chǎn)的特殊性，它對電氣傳動(dòng)系統的要求較高，要求調速無(wú)靜差，動(dòng)態(tài)響應速度快，抗干擾能力強。mm4系列變頻器具有通用性強、保護功能完善、可靠性高、性?xún)r(jià)比出色等特點(diǎn)，同時(shí)在通信功能、工作效率、使用方便等方面也很優(yōu)勢?，F場(chǎng)照片如附圖所示。

 

附圖 現場(chǎng)照片 

    3 控制系統構成

    驅動(dòng)設備：所有主生產(chǎn)線(xiàn)傳動(dòng)設備全部采用了變頻器驅動(dòng)，連鑄機從鋼包回轉臺直至橫向移鋼車(chē)以及二冷水壓力調節等機械設備的傳動(dòng)中共使用了68臺變頻器，功率范圍從1.1kw到110kw。

    控制器：采用西門(mén)子s7系列控制器，通過(guò)profibus－dp現場(chǎng)級總線(xiàn)，將生產(chǎn)線(xiàn)各部分的信號集合到plc完成出口及收集區自動(dòng)化控制，繼電連鎖以及故障檢測。并實(shí)現了多種設備之間的聯(lián)系。

    4 運行原理及功能

    在連鑄機的不同部位，既有在普通條件下運行的機械設備，如輥道、切割車(chē)、水泵，也有一些機械設備對傳動(dòng)系統有著(zhù)特殊要求，需要對變頻器功能正確利用。下面就對一些此類(lèi)設備的應用進(jìn)行說(shuō)明。如：

    （1） 鋼包回轉臺

    鋼包回轉臺是連鑄機的關(guān)鍵設備之一，起著(zhù)連接上下兩道工序的重要作用。鋼包回轉臺的回轉情況基本上包括兩側無(wú)鋼包、單側有鋼包、兩側有鋼包三種情況，而單個(gè)鋼包重量已超過(guò)140噸。三種情況下，鋼包回轉臺受力有很大不同，但無(wú)論在何種情況下，都要保證鋼包回轉臺的旋轉平穩，定位準確，起停時(shí)要盡可能減小對機械部分的沖擊，為減少中間包液面波動(dòng)和溫降，要縮短旋轉時(shí)間。因此，我們在變頻器的容量選擇上，留有余地，即比電機功率加大一級。同時(shí)利用變頻器的s曲線(xiàn)加速功能，通過(guò)調整s曲線(xiàn)保證加、減速曲線(xiàn)平滑快速，減少對減速機的沖擊，再通過(guò)plc判斷變速限位、停止限位實(shí)現旋轉過(guò)程中高、低速自動(dòng)變換及到位停車(chē)，同時(shí)滿(mǎn)足了對旋轉時(shí)間和平穩運行的要求。

    （2） 結晶器

    結晶器是連鑄機的核心設備之一，直接關(guān)系到連鑄坯的質(zhì)量。結晶器的振動(dòng)頻率要求準確，并根據拉坯速度自動(dòng)調整，在高振頻時(shí)，由于電機負載率上升，轉差率增加，導致振動(dòng)頻率有所降低，而為了保證振動(dòng)頻率的精確，需要打開(kāi)變頻器的轉差補償控制，在負載增加時(shí)，使變頻器自動(dòng)增加輸出頻率以提供在沒(méi)有速度降低情況下所需要的電機轉差率，補償量正比于負載的增加量，并在整個(gè)調速范圍內都起作用。 

    另外，結晶器的振動(dòng)是由電機帶動(dòng)偏心機構旋轉來(lái)實(shí)現的，因此表現為輸出電流及母線(xiàn)電壓呈現周期性震蕩，在振動(dòng)頻率較高時(shí)有引起母線(xiàn)過(guò)電壓故障的可能，通過(guò)允許變頻器的母線(xiàn)調節功能，使變頻器會(huì )基于直流母線(xiàn)電壓自動(dòng)調整輸出頻率，監測到母線(xiàn)電壓瞬時(shí)升高時(shí)變頻器會(huì )適當增加輸出頻率以減小引起母線(xiàn)電壓升高的再生能量，這樣做降低了出現變頻器過(guò)壓故障的可能性。同時(shí)高速區矢量控制同樣可以弱磁運行，進(jìn)行恒功率調速，其速度力矩精度響應頻率性能和指標，可達到直流調速系統品質(zhì)指標。

    （3） 拉矯機

    在連鑄工藝中，連鑄機拉坯輥速度控制是連鑄機的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，拉坯速度控制水平直接影響連鑄坯的產(chǎn)量和質(zhì)量，而拉坯輥電機驅動(dòng)裝置的性能又在其中發(fā)揮著(zhù)重要作用。交流電機變頻調速技術(shù)日益成熟，交流變頻驅動(dòng)調速平穩，調速范圍寬，對機械沖擊低，交流電機維護量低，交流變頻調速已取代直流調速，完全能夠滿(mǎn)足拉坯輥速度控制的需要。

    連鑄機的拉矯機為五輥雙機架三驅動(dòng)，上拉坯輥、下拉坯輥、矯直輥由三臺同型號電機共同驅動(dòng)，完成引錠桿的上下傳送運行和連鑄坯牽引，三臺電機必須保持同步，與一般的同步要求不同的是要保證三個(gè)輥面的線(xiàn)速度相同，而不是三臺電機的轉速相同，以避免出現負載分配不均引起母線(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)載故障。 

    三臺變頻器接受相同的速度指令，按照同一頻率運行，但由于三輥處于一個(gè)半徑8m的圓弧段的不同位置上，若要保持三個(gè)輥面的線(xiàn)速度相同，則三臺電機的轉速實(shí)際應有輕微差別，加上三臺電機的參數不可能完全相同，這就造成了三臺電機同步的困難。如果打開(kāi)母線(xiàn)調節功能，雖然可以在一定程度上避免由于不同步造成的母線(xiàn)電壓升高，但會(huì )造成電機轉速的不穩定，從而使拉速值波動(dòng)，進(jìn)一步影響到結晶器鋼水液面和二冷配水的穩定，甚至有造成事故的危險。為此，我們利用變頻器內置的pi控制功能，使三臺電機構成主從驅動(dòng)系統，即以上拉坯電機作為主驅動(dòng)電機，工作在速度調節方式，下拉坯電機和矯直電機作為從動(dòng)電機，工作在帶有速度修正的速度調節方式下，通過(guò)比較主從電機的力矩電流產(chǎn)生偏差信號，從而修正從動(dòng)電機的速度。變頻器間的力矩電流信號傳送可以通過(guò)變頻器內置的模擬量輸入、輸出通道來(lái)實(shí)現，無(wú)需另外添加硬件。這種方法構成的主從驅動(dòng)系統，結構簡(jiǎn)單，完全利用變頻器內置功能實(shí)現，可以連續自動(dòng)完成速度修正，應用在多輥傳動(dòng)的拉矯機上效果非常理想。 

    （4） 切割機

    本項目應用的切割機是火焰切割機，其主要作用是將鑄坯切割成定尺或倍尺長(cháng)度，并可進(jìn)行坯頭、坯尾及試樣切割。與引錠桿分離后的鑄坯按拉坯速度進(jìn)入切割區，火焰切割機切掉300mm左右長(cháng)度的切頭，掉入下部的切頭收集箱內，切頭切割以后的鑄坯按要求的三倍尺長(cháng)度切割。切割期間，靠夾持裝置，火焰切割機與鑄坯同步行走，鑄坯長(cháng)度通過(guò)測量輥測量，切割自動(dòng)進(jìn)行，并且考慮二級自動(dòng)化系統的長(cháng)度優(yōu)化。

    切割機主要傳動(dòng)系統主要包括；切割機的行走：由一臺mm440型變頻器拖動(dòng)兩臺電機，電機帶熱開(kāi)關(guān)保護，每臺電機帶有一個(gè)電磁抱閘線(xiàn)圈，行程控制是由一個(gè)增量型編碼器和行程限位開(kāi)關(guān)組成； 切槍的行走驅動(dòng)：每個(gè)切槍的行走是由一臺mm440型變頻器拖動(dòng)1臺電機進(jìn)行的，切槍行走的位置分別由兩個(gè)增量型編碼器和接近開(kāi)關(guān)控制。

    （5） 移鋼車(chē)

    移鋼車(chē)用來(lái)推動(dòng)鑄坯進(jìn)入步進(jìn)冷床，由于多根鑄坯與軌道之間的摩擦較大，因而移鋼車(chē)要有足夠的推力，為滿(mǎn)足快節奏的生產(chǎn)需要，移鋼車(chē)還要保持較高的行走速度，以滿(mǎn)足工藝對時(shí)間的要求，而空間的限制又使得移鋼車(chē)必須在很短的距離內進(jìn)行制動(dòng)，以免與橫梁發(fā)生碰撞，損壞設備。為達到以上要求，通過(guò)適度增加啟動(dòng)力矩，行程中plc根據人員操作和接近開(kāi)關(guān)判斷移鋼車(chē)運行方向、所在位置，及時(shí)改變變頻器速度，制動(dòng)時(shí)打開(kāi)直流制動(dòng)功能以配合抱閘，充分滿(mǎn)足了工藝要求，保護了設備，同時(shí)避免了變頻器出現報警、故障。

    （6） 增壓泵

    增壓泵用來(lái)為二次冷卻水加壓，使水壓穩定在設定值，以保證調節閥能夠穩定的調節二次冷卻水量，冷卻鑄坯。這可以通過(guò)變頻器的內置的pi控制功能來(lái)實(shí)現。同時(shí)，增壓泵功率較高，并且幾乎是24小時(shí)運轉，有較大的節能潛力，配合變頻器的自動(dòng)節能功能，在空載或輕載時(shí)，變頻器將自動(dòng)降低其輸出給電動(dòng)機的電壓，以減少電機空載時(shí)的勵磁電流，從而減少了電能的消耗。

    5 變頻器的主要調試參數

    考慮到高線(xiàn)生產(chǎn)的技術(shù)保密問(wèn)題，僅將涉及到的主要參數做簡(jiǎn)單羅列于附表。

    6 結束語(yǔ)

    自連鑄機投產(chǎn)以來(lái)，mm440變頻器在連鑄機的各類(lèi)傳動(dòng)設備上表現良好，充分滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝和機械設備的要求，它的優(yōu)良性能和極高可靠性在連鑄生產(chǎn)中得到了充分發(fā)揮，為客戶(hù)的按時(shí)投產(chǎn)、達產(chǎn)，生產(chǎn)出質(zhì)量合格的連鑄坯，發(fā)揮了不可替代的作用。大大提高了連鑄機生產(chǎn)能力和增加金屬收得率。

    作者簡(jiǎn)介

    何林 現任西門(mén)子（中國）有限公司自動(dòng)化與驅動(dòng)集團標準傳動(dòng)部行業(yè)拓展經(jīng)理。

    參考文獻

    [1] 王雅貞,張巖. 新編連續鑄鋼工藝及設備. 北京:冶金工業(yè)出版社

    [2] siemens．micromaster 440標準變頻器使用大全,2007