非正弦振動控制系統探討

馬云鵬

摘 要：非正弦振動控制是近年來連鑄控制系統廣泛采用的一種結晶器振動控制方式。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，有利于結晶器的潤滑。非正弦技術的引用，減少了正弦控制系統的弊端，突出了波形調節的能力，同時也減少了粘連性漏鋼事故的發生。系統按照工藝要求完全由計算機軟件產生控制結晶器振動的非正弦波形曲線，結合實際拉速非常精確地控制結晶器上下振幅，使振動波形保持精確的頻率，正、負滑脫時間等，最終得到滿足生產工藝需求的結晶器振動曲線。

關鍵詞：非正弦振動；連鑄技術；結晶器；數字缸控制器

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，該系統完全通過PLC進行控制。PLC將輸出信號傳送到多軸同步控制器，同步控制器對數字伺服電動缸進行同步控制。數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速度（500 μs），能夠嚴格按照預先設定的工藝參數經計算機產生非正弦波形來驅動結晶器振動，實現結晶器的非正弦振動。

1 工藝分析

在結晶器振動系統中有上行速度、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，使新生坯殼產生較大的壓應力，更有利于強制脫模。此外，系統加速度a較小時，能夠降低系統所受到的沖擊，保持系統穩定，提高系統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的全部特點，即曲線連續、光滑，無突變，不會產生較大的瞬時加速度，因此，結晶器受到的剛性沖擊小。

2 電氣控制系統說明

2.1 電氣控制系統工作流程

電氣控制系統的工作流程有以下幾步：①計算機根據工藝要求經過模型計算產生當前爐次所需要的非正弦波形，該波形經過數字化后，傳送到PLC控制系統；②系統對振動數字伺服電機的輸出值與時間生產拉速信號采樣后進行反饋計算，經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動器；③非正弦信號經電機驅動器放大后，轉化為足以驅動大功率數字電機的大功率數字脈沖電流，此電流經過整形后發送到數字電機；④數字伺服缸在數字電機驅動下，推動推桿使結晶器做直線往復運動；⑤結晶器在數字伺服缸的作用下按預先設定的波形作上下振動，完成振動全過程。

2.2 系統電氣接口

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（由以太網實現）；送出的模擬量信號：電機電流輸出（由以太網實現）。

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。在準備狀態下，可以根據啟動/停止信號來單機控制結晶器的振動；在澆鑄狀態下，根據拉鋼啟動/停止信號來控制結晶器的振動（結晶器的振動頻率在有拉速時根據拉速計算的頻率啟振，無拉速時可以根據預振頻率啟振或不預振）；在送引錠狀態下結晶器不能振動。

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。

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

3 數字伺服缸

數字伺服缸是整個振動系統的核心裝置，通過搖臂帶動結晶器振動。數字伺服缸由數字式伺服電機、液壓滑閥、傳感器和推桿組成，通過接收數字脈沖的個數來控制伺服電機的偏轉角度，使推桿產生直線位移，由此帶動結晶器的升降或水平移動。數字伺服電動缸結構簡單、響應速度快，所有功能都能通過數字缸控制器或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，節省空間和時間，抗高溫，抗振動，能夠適應冶金工業的高熱、高粉塵的生產環境。

數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，所以很容易實現同步上下運動。

4 結束語

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

參考文獻

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

[2]楊樹成.數字伺服技術在板坯連鑄機振動系統中的應用[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廣泛采用的一種結晶器振動控制方式。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，有利于結晶器的潤滑。非正弦技術的引用，減少了正弦控制系統的弊端，突出了波形調節的能力，同時也減少了粘連性漏鋼事故的發生。系統按照工藝要求完全由計算機軟件產生控制結晶器振動的非正弦波形曲線，結合實際拉速非常精確地控制結晶器上下振幅，使振動波形保持精確的頻率，正、負滑脫時間等，最終得到滿足生產工藝需求的結晶器振動曲線。

關鍵詞：非正弦振動；連鑄技術；結晶器；數字缸控制器

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，該系統完全通過PLC進行控制。PLC將輸出信號傳送到多軸同步控制器，同步控制器對數字伺服電動缸進行同步控制。數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速度（500 μs），能夠嚴格按照預先設定的工藝參數經計算機產生非正弦波形來驅動結晶器振動，實現結晶器的非正弦振動。

1 工藝分析

在結晶器振動系統中有上行速度、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，使新生坯殼產生較大的壓應力，更有利于強制脫模。此外，系統加速度a較小時，能夠降低系統所受到的沖擊，保持系統穩定，提高系統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的全部特點，即曲線連續、光滑，無突變，不會產生較大的瞬時加速度，因此，結晶器受到的剛性沖擊小。

2 電氣控制系統說明

2.1 電氣控制系統工作流程

電氣控制系統的工作流程有以下幾步：①計算機根據工藝要求經過模型計算產生當前爐次所需要的非正弦波形，該波形經過數字化后，傳送到PLC控制系統；②系統對振動數字伺服電機的輸出值與時間生產拉速信號采樣后進行反饋計算，經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動器；③非正弦信號經電機驅動器放大后，轉化為足以驅動大功率數字電機的大功率數字脈沖電流，此電流經過整形后發送到數字電機；④數字伺服缸在數字電機驅動下，推動推桿使結晶器做直線往復運動；⑤結晶器在數字伺服缸的作用下按預先設定的波形作上下振動，完成振動全過程。

2.2 系統電氣接口

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（由以太網實現）；送出的模擬量信號：電機電流輸出（由以太網實現）。

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。在準備狀態下，可以根據啟動/停止信號來單機控制結晶器的振動；在澆鑄狀態下，根據拉鋼啟動/停止信號來控制結晶器的振動（結晶器的振動頻率在有拉速時根據拉速計算的頻率啟振，無拉速時可以根據預振頻率啟振或不預振）；在送引錠狀態下結晶器不能振動。

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。

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

3 數字伺服缸

數字伺服缸是整個振動系統的核心裝置，通過搖臂帶動結晶器振動。數字伺服缸由數字式伺服電機、液壓滑閥、傳感器和推桿組成，通過接收數字脈沖的個數來控制伺服電機的偏轉角度，使推桿產生直線位移，由此帶動結晶器的升降或水平移動。數字伺服電動缸結構簡單、響應速度快，所有功能都能通過數字缸控制器或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，節省空間和時間，抗高溫，抗振動，能夠適應冶金工業的高熱、高粉塵的生產環境。

數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，所以很容易實現同步上下運動。

4 結束語

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

參考文獻

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

[2]楊樹成.數字伺服技術在板坯連鑄機振動系統中的應用[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廣泛采用的一種結晶器振動控制方式。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，有利于結晶器的潤滑。非正弦技術的引用，減少了正弦控制系統的弊端，突出了波形調節的能力，同時也減少了粘連性漏鋼事故的發生。系統按照工藝要求完全由計算機軟件產生控制結晶器振動的非正弦波形曲線，結合實際拉速非常精確地控制結晶器上下振幅，使振動波形保持精確的頻率，正、負滑脫時間等，最終得到滿足生產工藝需求的結晶器振動曲線。

關鍵詞：非正弦振動；連鑄技術；結晶器；數字缸控制器

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，該系統完全通過PLC進行控制。PLC將輸出信號傳送到多軸同步控制器，同步控制器對數字伺服電動缸進行同步控制。數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速度（500 μs），能夠嚴格按照預先設定的工藝參數經計算機產生非正弦波形來驅動結晶器振動，實現結晶器的非正弦振動。

1 工藝分析

在結晶器振動系統中有上行速度、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，使新生坯殼產生較大的壓應力，更有利于強制脫模。此外，系統加速度a較小時，能夠降低系統所受到的沖擊，保持系統穩定，提高系統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的全部特點，即曲線連續、光滑，無突變，不會產生較大的瞬時加速度，因此，結晶器受到的剛性沖擊小。

2 電氣控制系統說明

2.1 電氣控制系統工作流程

電氣控制系統的工作流程有以下幾步：①計算機根據工藝要求經過模型計算產生當前爐次所需要的非正弦波形，該波形經過數字化后，傳送到PLC控制系統；②系統對振動數字伺服電機的輸出值與時間生產拉速信號采樣后進行反饋計算，經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動器；③非正弦信號經電機驅動器放大后，轉化為足以驅動大功率數字電機的大功率數字脈沖電流，此電流經過整形后發送到數字電機；④數字伺服缸在數字電機驅動下，推動推桿使結晶器做直線往復運動；⑤結晶器在數字伺服缸的作用下按預先設定的波形作上下振動，完成振動全過程。

2.2 系統電氣接口

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（由以太網實現）；送出的模擬量信號：電機電流輸出（由以太網實現）。

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。在準備狀態下，可以根據啟動/停止信號來單機控制結晶器的振動；在澆鑄狀態下，根據拉鋼啟動/停止信號來控制結晶器的振動（結晶器的振動頻率在有拉速時根據拉速計算的頻率啟振，無拉速時可以根據預振頻率啟振或不預振）；在送引錠狀態下結晶器不能振動。

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。

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

3 數字伺服缸

數字伺服缸是整個振動系統的核心裝置，通過搖臂帶動結晶器振動。數字伺服缸由數字式伺服電機、液壓滑閥、傳感器和推桿組成，通過接收數字脈沖的個數來控制伺服電機的偏轉角度，使推桿產生直線位移，由此帶動結晶器的升降或水平移動。數字伺服電動缸結構簡單、響應速度快，所有功能都能通過數字缸控制器或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，節省空間和時間，抗高溫，抗振動，能夠適應冶金工業的高熱、高粉塵的生產環境。

數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，所以很容易實現同步上下運動。

4 結束語

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

參考文獻

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

[2]楊樹成.數字伺服技術在板坯連鑄機振動系統中的應用[J].酒鋼科技，2012（03）.

〔編輯：劉曉芳〕