非正弦振動控制系統(tǒng)探討

馬云鵬

摘 要：非正弦振動控制是近年來連鑄控制系統(tǒng)廣泛采用的一種結(jié)晶器振動控制方式。其負滑動時間與正滑動時間不同：前者較短，能減輕鑄坯表面的振痕深度；后者較長，有利于結(jié)晶器的潤滑。非正弦技術(shù)的引用，減少了正弦控制系統(tǒng)的弊端，突出了波形調(diào)節(jié)的能力，同時也減少了粘連性漏鋼事故的發(fā)生。系統(tǒng)按照工藝要求完全由計算機軟件產(chǎn)生控制結(jié)晶器振動的非正弦波形曲線，結(jié)合實際拉速非常精確地控制結(jié)晶器上下振幅，使振動波形保持精確的頻率，正、負滑脫時間等，最終得到滿足生產(chǎn)工藝需求的結(jié)晶器振動曲線。

關(guān)鍵詞：非正弦振動；連鑄技術(shù)；結(jié)晶器；數(shù)字缸控制器

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0079-02

在結(jié)晶器振動過程中，為了得到精確、可控的振動波形，國豐一煉鋼的1#矩形坯在改造后采用了鐳目公司的非正弦振動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全通過PLC進行控制。PLC將輸出信號傳送到多軸同步控制器，同步控制器對數(shù)字伺服電動缸進行同步控制。數(shù)字伺服電動缸能夠非常準確地控制運動精度（1 048 576個脈 沖/10 mm），并且具有非?？斓捻憫?yīng)速度（500 μs），能夠嚴格按照預(yù)先設(shè)定的工藝參數(shù)經(jīng)計算機產(chǎn)生非正弦波形來驅(qū)動結(jié)晶器振動，實現(xiàn)結(jié)晶器的非正弦振動。

1 工藝分析

在結(jié)晶器振動系統(tǒng)中有上行速度、下行速度、上行時間、下行時間之分，分別用VP，VN，TP，TN表示。上行速度VP較小時，結(jié)晶器銅板與坯殼之間的摩擦阻力減小，新生坯殼所承受的拉力降低；上行時間TP較大時，結(jié)晶器保護渣的消耗量增大，能夠有效改善潤滑效果；下行速度VN和下行時間TN較大時，使新生坯殼產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力，更有利于強制脫模。此外，系統(tǒng)加速度a較小時，能夠降低系統(tǒng)所受到的沖擊，保持系統(tǒng)穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。波形偏斜率P=（上升時間-下降時間）/周期。以下圖1是非正弦偏斜率P=0.2的振動波形。

圖1具備了非正弦振動控制系統(tǒng)的全部特點，即曲線連續(xù)、光滑，無突變，不會產(chǎn)生較大的瞬時加速度，因此，結(jié)晶器受到的剛性沖擊小。

2 電氣控制系統(tǒng)說明

2.1 電氣控制系統(tǒng)工作流程

電氣控制系統(tǒng)的工作流程有以下幾步：①計算機根據(jù)工藝要求經(jīng)過模型計算產(chǎn)生當前爐次所需要的非正弦波形，該波形經(jīng)過數(shù)字化后，傳送到PLC控制系統(tǒng)；②系統(tǒng)對振動數(shù)字伺服電機的輸出值與時間生產(chǎn)拉速信號采樣后進行反饋計算，經(jīng)PLC、運動控制器處理后，將這種修正后的非正弦振動波形同步輸出到電機驅(qū)動器；③非正弦信號經(jīng)電機驅(qū)動器放大后，轉(zhuǎn)化為足以驅(qū)動大功率數(shù)字電機的大功率數(shù)字脈沖電流，此電流經(jīng)過整形后發(fā)送到數(shù)字電機；④數(shù)字伺服缸在數(shù)字電機驅(qū)動下，推動推桿使結(jié)晶器做直線往復運動；⑤結(jié)晶器在數(shù)字伺服缸的作用下按預(yù)先設(shè)定的波形作上下振動，完成振動全過程。

2.2 系統(tǒng)電氣接口

模擬量信號交接時，輸入信號自己加隔離器，信號都采用標準的4～20 mA。開關(guān)量的交接都采用無源接點。

引入的模擬量信號：拉速采樣（4～20 mA）；送出的模擬量信號：振頻輸出（由以太網(wǎng)實現(xiàn)）；送出的模擬量信號：電機電流輸出（由以太網(wǎng)實現(xiàn)）。

來自連鑄機本體的中間繼電器的干觸點信號有準備、澆鑄、送引錠三種操作狀態(tài)。在準備狀態(tài)下，可以根據(jù)啟動/停止信號來單機控制結(jié)晶器的振動；在澆鑄狀態(tài)下，根據(jù)拉鋼啟動/停止信號來控制結(jié)晶器的振動（結(jié)晶器的振動頻率在有拉速時根據(jù)拉速計算的頻率啟振，無拉速時可以根據(jù)預(yù)振頻率啟振或不預(yù)振）；在送引錠狀態(tài)下結(jié)晶器不能振動。

來自連鑄機本體的中間繼電器的信號（由連鑄PLC提供干觸點信號）包括拉鋼啟動信號、拉鋼停止信號、手動啟動信號和手動停止信號。

送出的開關(guān)量信號（繼電器隔離）包括系統(tǒng)故障和振動已啟動。上述信號在調(diào)試時可能會有所調(diào)整，但必須滿足連鑄機的需要。

3 數(shù)字伺服缸

數(shù)字伺服缸是整個振動系統(tǒng)的核心裝置，通過搖臂帶動結(jié)晶器振動。數(shù)字伺服缸由數(shù)字式伺服電機、液壓滑閥、傳感器和推桿組成，通過接收數(shù)字脈沖的個數(shù)來控制伺服電機的偏轉(zhuǎn)角度，使推桿產(chǎn)生直線位移，由此帶動結(jié)晶器的升降或水平移動。數(shù)字伺服電動缸結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快，所有功能都能通過數(shù)字缸控制器或PLC來完成，并且控制精度高，無軸向間隙。安裝方便，不需要安裝液壓油管，節(jié)省空間和時間，抗高溫，抗振動，能夠適應(yīng)冶金工業(yè)的高熱、高粉塵的生產(chǎn)環(huán)境。

數(shù)字伺服缸由上下支撐軸固定，下支撐軸固定在振動臺固定架上保持不動，上支撐軸固定在振動臺的振動架上做弧線運動。雖然內(nèi)外弧伺服缸所處的位置不同，導致運動半徑不一樣，振動幅度也不一樣，但由于它們的振動頻率和相位都一樣，所以很容易實現(xiàn)同步上下運動。

4 結(jié)束語

連鑄技術(shù)的核心是結(jié)晶器，而結(jié)晶器最主要的技術(shù)是結(jié)晶器振動。盡管各種板坯、方坯等所采用的結(jié)晶器形狀、構(gòu)造不太一樣，但是所采用的結(jié)晶器振動技術(shù)越來越趨于一致，即都采用了這種高頻率、小振幅的非正弦振動控制系統(tǒng)。采用了這種控制技術(shù)后明顯地改善了結(jié)晶器的潤滑條件，減小了坯殼表面振痕深度，提高了鋼坯的表面質(zhì)量和成材率，進而提高連鑄機的效率，增加了產(chǎn)量，減少了漏鋼事故的發(fā)生。

參考文獻

[1]李好文，閆海寧，劉和興，等.連鑄結(jié)晶器非正弦振動系統(tǒng)神經(jīng)元控制研究[J].鋼鐵，2010（45）：36.

[2]楊樹成.數(shù)字伺服技術(shù)在板坯連鑄機振動系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].酒鋼科技，2012（03）.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：非正弦振動控制是近年來連鑄控制系統(tǒng)廣泛采用的一種結(jié)晶器振動控制方式。其負滑動時間與正滑動時間不同：前者較短，能減輕鑄坯表面的振痕深度；后者較長，有利于結(jié)晶器的潤滑。非正弦技術(shù)的引用，減少了正弦控制系統(tǒng)的弊端，突出了波形調(diào)節(jié)的能力，同時也減少了粘連性漏鋼事故的發(fā)生。系統(tǒng)按照工藝要求完全由計算機軟件產(chǎn)生控制結(jié)晶器振動的非正弦波形曲線，結(jié)合實際拉速非常精確地控制結(jié)晶器上下振幅，使振動波形保持精確的頻率，正、負滑脫時間等，最終得到滿足生產(chǎn)工藝需求的結(jié)晶器振動曲線。

關(guān)鍵詞：非正弦振動；連鑄技術(shù)；結(jié)晶器；數(shù)字缸控制器

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0079-02

在結(jié)晶器振動過程中，為了得到精確、可控的振動波形，國豐一煉鋼的1#矩形坯在改造后采用了鐳目公司的非正弦振動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全通過PLC進行控制。PLC將輸出信號傳送到多軸同步控制器，同步控制器對數(shù)字伺服電動缸進行同步控制。數(shù)字伺服電動缸能夠非常準確地控制運動精度（1 048 576個脈 沖/10 mm），并且具有非常快的響應(yīng)速度（500 μs），能夠嚴格按照預(yù)先設(shè)定的工藝參數(shù)經(jīng)計算機產(chǎn)生非正弦波形來驅(qū)動結(jié)晶器振動，實現(xiàn)結(jié)晶器的非正弦振動。

1 工藝分析

在結(jié)晶器振動系統(tǒng)中有上行速度、下行速度、上行時間、下行時間之分，分別用VP，VN，TP，TN表示。上行速度VP較小時，結(jié)晶器銅板與坯殼之間的摩擦阻力減小，新生坯殼所承受的拉力降低；上行時間TP較大時，結(jié)晶器保護渣的消耗量增大，能夠有效改善潤滑效果；下行速度VN和下行時間TN較大時，使新生坯殼產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力，更有利于強制脫模。此外，系統(tǒng)加速度a較小時，能夠降低系統(tǒng)所受到的沖擊，保持系統(tǒng)穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。波形偏斜率P=（上升時間-下降時間）/周期。以下圖1是非正弦偏斜率P=0.2的振動波形。

圖1具備了非正弦振動控制系統(tǒng)的全部特點，即曲線連續(xù)、光滑，無突變，不會產(chǎn)生較大的瞬時加速度，因此，結(jié)晶器受到的剛性沖擊小。

2 電氣控制系統(tǒng)說明

2.1 電氣控制系統(tǒng)工作流程

電氣控制系統(tǒng)的工作流程有以下幾步：①計算機根據(jù)工藝要求經(jīng)過模型計算產(chǎn)生當前爐次所需要的非正弦波形，該波形經(jīng)過數(shù)字化后，傳送到PLC控制系統(tǒng)；②系統(tǒng)對振動數(shù)字伺服電機的輸出值與時間生產(chǎn)拉速信號采樣后進行反饋計算，經(jīng)PLC、運動控制器處理后，將這種修正后的非正弦振動波形同步輸出到電機驅(qū)動器；③非正弦信號經(jīng)電機驅(qū)動器放大后，轉(zhuǎn)化為足以驅(qū)動大功率數(shù)字電機的大功率數(shù)字脈沖電流，此電流經(jīng)過整形后發(fā)送到數(shù)字電機；④數(shù)字伺服缸在數(shù)字電機驅(qū)動下，推動推桿使結(jié)晶器做直線往復運動；⑤結(jié)晶器在數(shù)字伺服缸的作用下按預(yù)先設(shè)定的波形作上下振動，完成振動全過程。

2.2 系統(tǒng)電氣接口

模擬量信號交接時，輸入信號自己加隔離器，信號都采用標準的4～20 mA。開關(guān)量的交接都采用無源接點。

引入的模擬量信號：拉速采樣（4～20 mA）；送出的模擬量信號：振頻輸出（由以太網(wǎng)實現(xiàn)）；送出的模擬量信號：電機電流輸出（由以太網(wǎng)實現(xiàn)）。

來自連鑄機本體的中間繼電器的干觸點信號有準備、澆鑄、送引錠三種操作狀態(tài)。在準備狀態(tài)下，可以根據(jù)啟動/停止信號來單機控制結(jié)晶器的振動；在澆鑄狀態(tài)下，根據(jù)拉鋼啟動/停止信號來控制結(jié)晶器的振動（結(jié)晶器的振動頻率在有拉速時根據(jù)拉速計算的頻率啟振，無拉速時可以根據(jù)預(yù)振頻率啟振或不預(yù)振）；在送引錠狀態(tài)下結(jié)晶器不能振動。

來自連鑄機本體的中間繼電器的信號（由連鑄PLC提供干觸點信號）包括拉鋼啟動信號、拉鋼停止信號、手動啟動信號和手動停止信號。

送出的開關(guān)量信號（繼電器隔離）包括系統(tǒng)故障和振動已啟動。上述信號在調(diào)試時可能會有所調(diào)整，但必須滿足連鑄機的需要。

3 數(shù)字伺服缸

數(shù)字伺服缸是整個振動系統(tǒng)的核心裝置，通過搖臂帶動結(jié)晶器振動。數(shù)字伺服缸由數(shù)字式伺服電機、液壓滑閥、傳感器和推桿組成，通過接收數(shù)字脈沖的個數(shù)來控制伺服電機的偏轉(zhuǎn)角度，使推桿產(chǎn)生直線位移，由此帶動結(jié)晶器的升降或水平移動。數(shù)字伺服電動缸結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快，所有功能都能通過數(shù)字缸控制器或PLC來完成，并且控制精度高，無軸向間隙。安裝方便，不需要安裝液壓油管，節(jié)省空間和時間，抗高溫，抗振動，能夠適應(yīng)冶金工業(yè)的高熱、高粉塵的生產(chǎn)環(huán)境。

數(shù)字伺服缸由上下支撐軸固定，下支撐軸固定在振動臺固定架上保持不動，上支撐軸固定在振動臺的振動架上做弧線運動。雖然內(nèi)外弧伺服缸所處的位置不同，導致運動半徑不一樣，振動幅度也不一樣，但由于它們的振動頻率和相位都一樣，所以很容易實現(xiàn)同步上下運動。

4 結(jié)束語

連鑄技術(shù)的核心是結(jié)晶器，而結(jié)晶器最主要的技術(shù)是結(jié)晶器振動。盡管各種板坯、方坯等所采用的結(jié)晶器形狀、構(gòu)造不太一樣，但是所采用的結(jié)晶器振動技術(shù)越來越趨于一致，即都采用了這種高頻率、小振幅的非正弦振動控制系統(tǒng)。采用了這種控制技術(shù)后明顯地改善了結(jié)晶器的潤滑條件，減小了坯殼表面振痕深度，提高了鋼坯的表面質(zhì)量和成材率，進而提高連鑄機的效率，增加了產(chǎn)量，減少了漏鋼事故的發(fā)生。

參考文獻

[1]李好文，閆海寧，劉和興，等.連鑄結(jié)晶器非正弦振動系統(tǒng)神經(jīng)元控制研究[J].鋼鐵，2010（45）：36.

[2]楊樹成.數(shù)字伺服技術(shù)在板坯連鑄機振動系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].酒鋼科技，2012（03）.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：非正弦振動控制是近年來連鑄控制系統(tǒng)廣泛采用的一種結(jié)晶器振動控制方式。其負滑動時間與正滑動時間不同：前者較短，能減輕鑄坯表面的振痕深度；后者較長，有利于結(jié)晶器的潤滑。非正弦技術(shù)的引用，減少了正弦控制系統(tǒng)的弊端，突出了波形調(diào)節(jié)的能力，同時也減少了粘連性漏鋼事故的發(fā)生。系統(tǒng)按照工藝要求完全由計算機軟件產(chǎn)生控制結(jié)晶器振動的非正弦波形曲線，結(jié)合實際拉速非常精確地控制結(jié)晶器上下振幅，使振動波形保持精確的頻率，正、負滑脫時間等，最終得到滿足生產(chǎn)工藝需求的結(jié)晶器振動曲線。

關(guān)鍵詞：非正弦振動；連鑄技術(shù)；結(jié)晶器；數(shù)字缸控制器

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0079-02

在結(jié)晶器振動過程中，為了得到精確、可控的振動波形，國豐一煉鋼的1#矩形坯在改造后采用了鐳目公司的非正弦振動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全通過PLC進行控制。PLC將輸出信號傳送到多軸同步控制器，同步控制器對數(shù)字伺服電動缸進行同步控制。數(shù)字伺服電動缸能夠非常準確地控制運動精度（1 048 576個脈 沖/10 mm），并且具有非常快的響應(yīng)速度（500 μs），能夠嚴格按照預(yù)先設(shè)定的工藝參數(shù)經(jīng)計算機產(chǎn)生非正弦波形來驅(qū)動結(jié)晶器振動，實現(xiàn)結(jié)晶器的非正弦振動。

1 工藝分析

在結(jié)晶器振動系統(tǒng)中有上行速度、下行速度、上行時間、下行時間之分，分別用VP，VN，TP，TN表示。上行速度VP較小時，結(jié)晶器銅板與坯殼之間的摩擦阻力減小，新生坯殼所承受的拉力降低；上行時間TP較大時，結(jié)晶器保護渣的消耗量增大，能夠有效改善潤滑效果；下行速度VN和下行時間TN較大時，使新生坯殼產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力，更有利于強制脫模。此外，系統(tǒng)加速度a較小時，能夠降低系統(tǒng)所受到的沖擊，保持系統(tǒng)穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。波形偏斜率P=（上升時間-下降時間）/周期。以下圖1是非正弦偏斜率P=0.2的振動波形。

圖1具備了非正弦振動控制系統(tǒng)的全部特點，即曲線連續(xù)、光滑，無突變，不會產(chǎn)生較大的瞬時加速度，因此，結(jié)晶器受到的剛性沖擊小。

2 電氣控制系統(tǒng)說明

2.1 電氣控制系統(tǒng)工作流程

電氣控制系統(tǒng)的工作流程有以下幾步：①計算機根據(jù)工藝要求經(jīng)過模型計算產(chǎn)生當前爐次所需要的非正弦波形，該波形經(jīng)過數(shù)字化后，傳送到PLC控制系統(tǒng)；②系統(tǒng)對振動數(shù)字伺服電機的輸出值與時間生產(chǎn)拉速信號采樣后進行反饋計算，經(jīng)PLC、運動控制器處理后，將這種修正后的非正弦振動波形同步輸出到電機驅(qū)動器；③非正弦信號經(jīng)電機驅(qū)動器放大后，轉(zhuǎn)化為足以驅(qū)動大功率數(shù)字電機的大功率數(shù)字脈沖電流，此電流經(jīng)過整形后發(fā)送到數(shù)字電機；④數(shù)字伺服缸在數(shù)字電機驅(qū)動下，推動推桿使結(jié)晶器做直線往復運動；⑤結(jié)晶器在數(shù)字伺服缸的作用下按預(yù)先設(shè)定的波形作上下振動，完成振動全過程。

2.2 系統(tǒng)電氣接口

模擬量信號交接時，輸入信號自己加隔離器，信號都采用標準的4～20 mA。開關(guān)量的交接都采用無源接點。

引入的模擬量信號：拉速采樣（4～20 mA）；送出的模擬量信號：振頻輸出（由以太網(wǎng)實現(xiàn)）；送出的模擬量信號：電機電流輸出（由以太網(wǎng)實現(xiàn)）。

來自連鑄機本體的中間繼電器的干觸點信號有準備、澆鑄、送引錠三種操作狀態(tài)。在準備狀態(tài)下，可以根據(jù)啟動/停止信號來單機控制結(jié)晶器的振動；在澆鑄狀態(tài)下，根據(jù)拉鋼啟動/停止信號來控制結(jié)晶器的振動（結(jié)晶器的振動頻率在有拉速時根據(jù)拉速計算的頻率啟振，無拉速時可以根據(jù)預(yù)振頻率啟振或不預(yù)振）；在送引錠狀態(tài)下結(jié)晶器不能振動。

來自連鑄機本體的中間繼電器的信號（由連鑄PLC提供干觸點信號）包括拉鋼啟動信號、拉鋼停止信號、手動啟動信號和手動停止信號。

送出的開關(guān)量信號（繼電器隔離）包括系統(tǒng)故障和振動已啟動。上述信號在調(diào)試時可能會有所調(diào)整，但必須滿足連鑄機的需要。

3 數(shù)字伺服缸

數(shù)字伺服缸是整個振動系統(tǒng)的核心裝置，通過搖臂帶動結(jié)晶器振動。數(shù)字伺服缸由數(shù)字式伺服電機、液壓滑閥、傳感器和推桿組成，通過接收數(shù)字脈沖的個數(shù)來控制伺服電機的偏轉(zhuǎn)角度，使推桿產(chǎn)生直線位移，由此帶動結(jié)晶器的升降或水平移動。數(shù)字伺服電動缸結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快，所有功能都能通過數(shù)字缸控制器或PLC來完成，并且控制精度高，無軸向間隙。安裝方便，不需要安裝液壓油管，節(jié)省空間和時間，抗高溫，抗振動，能夠適應(yīng)冶金工業(yè)的高熱、高粉塵的生產(chǎn)環(huán)境。

數(shù)字伺服缸由上下支撐軸固定，下支撐軸固定在振動臺固定架上保持不動，上支撐軸固定在振動臺的振動架上做弧線運動。雖然內(nèi)外弧伺服缸所處的位置不同，導致運動半徑不一樣，振動幅度也不一樣，但由于它們的振動頻率和相位都一樣，所以很容易實現(xiàn)同步上下運動。

4 結(jié)束語

連鑄技術(shù)的核心是結(jié)晶器，而結(jié)晶器最主要的技術(shù)是結(jié)晶器振動。盡管各種板坯、方坯等所采用的結(jié)晶器形狀、構(gòu)造不太一樣，但是所采用的結(jié)晶器振動技術(shù)越來越趨于一致，即都采用了這種高頻率、小振幅的非正弦振動控制系統(tǒng)。采用了這種控制技術(shù)后明顯地改善了結(jié)晶器的潤滑條件，減小了坯殼表面振痕深度，提高了鋼坯的表面質(zhì)量和成材率，進而提高連鑄機的效率，增加了產(chǎn)量，減少了漏鋼事故的發(fā)生。

參考文獻

[1]李好文，閆海寧，劉和興，等.連鑄結(jié)晶器非正弦振動系統(tǒng)神經(jīng)元控制研究[J].鋼鐵，2010（45）：36.

[2]楊樹成.數(shù)字伺服技術(shù)在板坯連鑄機振動系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].酒鋼科技，2012（03）.

〔編輯：劉曉芳〕