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    2 系統(tǒng)介紹

    在煉鋼連鑄生產(chǎn)自動化系統(tǒng)中，采用西門子plc作為系統(tǒng)的控制中心，傳動部分分為公用部分、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，它對電氣傳動系統(tǒng)的要求較高，要求調(diào)速無靜差，動態(tài)響應(yīng)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、性價比出色等特點，同時在通信功能、工作效率、使用方便等方面也很優(yōu)勢。現(xiàn)場照片如附圖所示。

 

附圖 現(xiàn)場照片 

    3 控制系統(tǒng)構(gòu)成

    驅(qū)動設(shè)備：所有主生產(chǎn)線傳動設(shè)備全部采用了變頻器驅(qū)動，連鑄機從鋼包回轉(zhuǎn)臺直至橫向移鋼車以及二冷水壓力調(diào)節(jié)等機械設(shè)備的傳動中共使用了68臺變頻器，功率范圍從1.1kw到110kw。

    控制器：采用西門子s7系列控制器，通過profibus－dp現(xiàn)場級總線，將生產(chǎn)線各部分的信號集合到plc完成出口及收集區(qū)自動化控制，繼電連鎖以及故障檢測。并實現(xiàn)了多種設(shè)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(shè)備，如輥道、切割車、水泵，也有一些機械設(shè)備對傳動系統(tǒng)有著特殊要求，需要對變頻器功能正確利用。下面就對一些此類設(shè)備的應(yīng)用進行說明。如：

    （1） 鋼包回轉(zhuǎn)臺

    鋼包回轉(zhuǎn)臺是連鑄機的關(guān)鍵設(shè)備之一，起著連接上下兩道工序的重要作用。鋼包回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)情況基本上包括兩側(cè)無鋼包、單側(cè)有鋼包、兩側(cè)有鋼包三種情況，而單個鋼包重量已超過140噸。三種情況下，鋼包回轉(zhuǎn)臺受力有很大不同，但無論在何種情況下，都要保證鋼包回轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，定位準確，起停時要盡可能減小對機械部分的沖擊，為減少中間包液面波動和溫降，要縮短旋轉(zhuǎn)時間。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。同時利用變頻器的s曲線加速功能，通過調(diào)整s曲線保證加、減速曲線平滑快速，減少對減速機的沖擊，再通過plc判斷變速限位、停止限位實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)過程中高、低速自動變換及到位停車，同時滿足了對旋轉(zhuǎn)時間和平穩(wěn)運行的要求。

    （2） 結(jié)晶器

    結(jié)晶器是連鑄機的核心設(shè)備之一，直接關(guān)系到連鑄坯的質(zhì)量。結(jié)晶器的振動頻率要求準確，并根據(jù)拉坯速度自動調(diào)整，在高振頻時，由于電機負載率上升，轉(zhuǎn)差率增加，導(dǎo)致振動頻率有所降低，而為了保證振動頻率的精確，需要打開變頻器的轉(zhuǎn)差補償控制，在負載增加時，使變頻器自動增加輸出頻率以提供在沒有速度降低情況下所需要的電機轉(zhuǎn)差率，補償量正比于負載的增加量，并在整個調(diào)速范圍內(nèi)都起作用。 

    另外，結(jié)晶器的振動是由電機帶動偏心機構(gòu)旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的，因此表現(xiàn)為輸出電流及母線電壓呈現(xiàn)周期性震蕩，在振動頻率較高時有引起母線過電壓故障的可能，通過允許變頻器的母線調(diào)節(jié)功能，使變頻器會基于直流母線電壓自動調(diào)整輸出頻率，監(jiān)測到母線電壓瞬時升高時變頻器會適當增加輸出頻率以減小引起母線電壓升高的再生能量，這樣做降低了出現(xiàn)變頻器過壓故障的可能性。同時高速區(qū)矢量控制同樣可以弱磁運行，進行恒功率調(diào)速，其速度力矩精度響應(yīng)頻率性能和指標，可達到直流調(diào)速系統(tǒng)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(qū)動裝置的性能又在其中發(fā)揮著重要作用。交流電機變頻調(diào)速技術(shù)日益成熟，交流變頻驅(qū)動調(diào)速平穩(wěn)，調(diào)速范圍寬，對機械沖擊低，交流電機維護量低，交流變頻調(diào)速已取代直流調(diào)速，完全能夠滿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(qū)動，上拉坯輥、下拉坯輥、矯直輥由三臺同型號電機共同驅(qū)動，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輥面的線速度相同，而不是三臺電機的轉(zhuǎn)速相同，以避免出現(xiàn)負載分配不均引起母線過壓、欠壓、過載故障。 

    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半徑8m的圓弧段的不同位置上，若要保持三個輥面的線速度相同，則三臺電機的轉(zhuǎn)速實際應(yīng)有輕微差別，加上三臺電機的參數(shù)不可能完全相同，這就造成了三臺電機同步的困難。如果打開母線調(diào)節(jié)功能，雖然可以在一定程度上避免由于不同步造成的母線電壓升高，但會造成電機轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定，從而使拉速值波動，進一步影響到結(jié)晶器鋼水液面和二冷配水的穩(wěn)定，甚至有造成事故的危險。為此，我們利用變頻器內(nèi)置的pi控制功能，使三臺電機構(gòu)成主從驅(qū)動系統(tǒng)，即以上拉坯電機作為主驅(qū)動電機，工作在速度調(diào)節(jié)方式，下拉坯電機和矯直電機作為從動電機，工作在帶有速度修正的速度調(diào)節(jié)方式下，通過比較主從電機的力矩電流產(chǎn)生偏差信號，從而修正從動電機的速度。變頻器間的力矩電流信號傳送可以通過變頻器內(nèi)置的模擬量輸入、輸出通道來實現(xiàn)，無需另外添加硬件。這種方法構(gòu)成的主從驅(qū)動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，完全利用變頻器內(nèi)置功能實現(xiàn)，可以連續(xù)自動完成速度修正，應(yīng)用在多輥傳動的拉矯機上效果非常理想。 

    （4） 切割機

    本項目應(yīng)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度，并可進行坯頭、坯尾及試樣切割。與引錠桿分離后的鑄坯按拉坯速度進入切割區(qū)，火焰切割機切掉300mm左右長度的切頭，掉入下部的切頭收集箱內(nèi)，切頭切割以后的鑄坯按要求的三倍尺長度切割。切割期間，靠夾持裝置，火焰切割機與鑄坯同步行走，鑄坯長度通過測量輥測量，切割自動進行，并且考慮二級自動化系統(tǒng)的長度優(yōu)化。

    切割機主要傳動系統(tǒng)主要包括；切割機的行走：由一臺mm440型變頻器拖動兩臺電機，電機帶熱開關(guān)保護，每臺電機帶有一個電磁抱閘線圈，行程控制是由一個增量型編碼器和行程限位開關(guān)組成； 切槍的行走驅(qū)動：每個切槍的行走是由一臺mm440型變頻器拖動1臺電機進行的，切槍行走的位置分別由兩個增量型編碼器和接近開關(guān)控制。

    （5） 移鋼車

    移鋼車用來推動鑄坯進入步進冷床，由于多根鑄坯與軌道之間的摩擦較大，因而移鋼車要有足夠的推力，為滿足快節(jié)奏的生產(chǎn)需要，移鋼車還要保持較高的行走速度，以滿足工藝對時間的要求，而空間的限制又使得移鋼車必須在很短的距離內(nèi)進行制動，以免與橫梁發(fā)生碰撞，損壞設(shè)備。為達到以上要求，通過適度增加啟動力矩，行程中plc根據(jù)人員操作和接近開關(guān)判斷移鋼車運行方向、所在位置，及時改變變頻器速度，制動時打開直流制動功能以配合抱閘，充分滿足了工藝要求，保護了設(shè)備，同時避免了變頻器出現(xiàn)報警、故障。

    （6） 增壓泵

    增壓泵用來為二次冷卻水加壓，使水壓穩(wěn)定在設(shè)定值，以保證調(diào)節(jié)閥能夠穩(wěn)定的調(diào)節(jié)二次冷卻水量，冷卻鑄坯。這可以通過變頻器的內(nèi)置的pi控制功能來實現(xiàn)。同時，增壓泵功率較高，并且?guī)缀跏?4小時運轉(zhuǎn)，有較大的節(jié)能潛力，配合變頻器的自動節(jié)能功能，在空載或輕載時，變頻器將自動降低其輸出給電動機的電壓，以減少電機空載時的勵磁電流，從而減少了電能的消耗。

    5 變頻器的主要調(diào)試參數(shù)

    考慮到高線生產(chǎn)的技術(shù)保密問題，僅將涉及到的主要參數(shù)做簡單羅列于附表。

    6 結(jié)束語

    自連鑄機投產(chǎn)以來，mm440變頻器在連鑄機的各類傳動設(shè)備上表現(xiàn)良好，充分滿足了生產(chǎn)工藝和機械設(shè)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，為客戶的按時投產(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。

    作者簡介

    何林 現(xiàn)任西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動集團標準傳動部行業(yè)拓展經(jīng)理。

    參考文獻

    [1] 王雅貞,張巖. 新編連續(xù)鑄鋼工藝及設(shè)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