CN103464710B - 一种引锭杆插入位置保持控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引锭杆插入位置保持控制方法，该控制方法通过在引锭杆保持阶段激发拉矫机传动辊电机变频器的预励磁作用，利用闭环转速控制的变频器在预励磁后给电机提供的零速电磁制动转矩，来抵消引锭杆重力作用对拉矫机传动辊形成的反拖力，从而保持引锭杆在插入位置的零速静止状态，同时，通过编码器对电机实际转矩量进行实时监测和判断，起到对抱闸制动状态的远程监测和异常报警作用。

Description

一种引锭杆插入位置保持控制方法

技术领域

本发明涉及连铸控制技术，更具体地说，涉及一种引锭杆插入位置保持控制方法。

背景技术

引锭杆是一种多节可挠曲的钢杆，用于将结晶器内初生的钢坯坯壳牵拉、引导出来，往出坯的方向移动。连铸机在每个浇次(CAST)开浇前，都要进行连铸开浇前的引锭杆准备作业，其中包括引锭杆插入、引锭杆保持和引锭头密封。对于采用下装式送引锭杆的连铸机，需要将引锭杆从辊道上的存放位自下而上地输送并插入到结晶器下口，然后由操作工点动微调引锭杆的位置，直到引锭杆头部插入到结晶器下口封引锭的位置后进入保持状态；操作工需要在该位置进行引锭头的密封作业，密封完后等待连铸开浇；开浇后，由拉矫机和辊道将其牵拉、回收到存放位。

请参见图1所示，引锭杆1的插入需要连铸辊道2和拉矫机3传动辊4的接力输送，拉矫机传动辊4用足够的压力压在引锭杆1表面，并通过传动辊4电机旋转，将其上送到结晶器5下口的插入位置。通常，辊道2和拉矫机传动辊4电机均是采用交流变频器进行调速驱动。当引锭杆1在结晶器5下口定位结束后，电机便停止运转。此时引锭杆1处于扇形段高位，头部位于结晶器下口，尾部位于拉矫机3中间，拉矫机组中的部分拉矫机3传动辊4压在引锭杆1上。

请参阅图2所示，为了防止引锭杆定位结束后从高位下滑，现有的引锭杆插入位保持方法主要是通过压在引锭杆上的拉矫机传动辊的电机抱闸闸片压合后的静摩擦作用来提供机械制动力，防止引锭杆负载的重力作用带动拉矫机传动辊产生反拖驱动，起到避免引锭杆下滑的作用。具体方法是：对保持阶段压在引锭杆上的拉矫机传动辊电机配装抱闸，抱闸为失电抱紧，得电打开；当引锭杆插入到位，进入位置保持阶段后，控制器发出停车指令，命令电机停转，送给变频器的速度给定为零，电机处于失电状态，电机抱闸处于失电抱紧状态，利用抱闸闸片静摩擦产生的机械制动力来抵消引锭杆重力作用对拉矫辊产生的反拖驱动力，来维持引锭杆的位置保持静止不变。

然而，在实际生产设备使用中发现，引锭杆在保持阶段发生下滑的问题时有发生，并且随着设备使用时间的延长，发生的频率越来越高，并且难以防范。以宝钢电炉大方坯连铸机为例，引锭杆在保持阶段下滑故障半年来已发生5次，累计造成生产延误时间2.6h，其中一起还造成开浇失败断流，并险些造成漏钢事故。

经过研究和分析，认为现有的引锭杆位置保持方法存在以下几个问题：

引锭杆插入结晶器后的位置保持完全依赖电机抱闸的机械制动力，可靠性不高，发生引锭杆下滑的风险比较大。由于抱闸闸片属于易磨损件，且现场环境工况较差(高温、粉尘)，因此随着设备的运行使用，抱闸闸片、机构等故障难以避免，而一旦发生抱闸失灵或性能劣化，就会直接影响拉矫机传动辊的制动力，造成引锭杆下滑的后果。

抱闸安装在拉矫机传动辊电机内，无法进行在线状态监测，设备状态难以保证。由于抱闸安装在现场拉矫机传动辊电机的后部，人员难以接近，在线检查和拆装极其不便，因此，平时难以检查和把握其设备状态，也难以进行有针对性的维护。拉矫机所配装的带抱闸电机均是国外进口品牌，价格较贵，并且现场装机量比较多，若为了维持设备状态，频繁地对其进行更换，则会造成设备维修成本显著上升。若采用事后维修模式，等到发生引锭杆下滑问题后，再去进行处理，一来停机检修会引起生产中断，打乱生产物流节奏，二来会造成很大的漏钢事故隐患和风险。

综上所述，现有的这种仅靠抱闸机械制动力来进行引锭杆插入位置保持的方式，存在抱闸状态难以监测和受控，容易发生引锭杆下滑故障，开浇断流和漏钢风险大，容易产生非计划停机的问题，不利于生产的稳定顺行。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种引锭杆插入位置保持控制方法，能够确保引锭杆在插入位置不下滑。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该引锭杆插入位置保持控制方法，包括以下步骤：

A.在各拉矫机传动辊的电机上配置测速编码器，并与变频器构成闭环速度控制；

B.当引锭杆插入到位进入保持阶段后，通过控制器发出电机停转指令及零速给定信号，并由变频器发出抱闸控制信号；

C.对各拉矫机传动辊的电机提供零速状态下的电磁制动转矩；

D.通过测速编码器反馈电机的实际转矩量，并对抱闸制动状态的异常进行预警。

所述的步骤C包括：

C1.在引锭杆保持阶段，通过控制器发出预励磁指令信号至各拉矫机传动辊电机的变频器中；

C2.变频器收到上述信号后，对各电机通电建立励磁磁场，并在电机转轴上产生零速状态下的电磁制动转矩，以抵消速度变化的趋势，维持电机转轴静止。

所述的步骤D包括：

D1.由测速编码器对电机的实际转速进行实时测量，并反馈至变频器产生实际转矩量；

D2.在控制器中设定一个用于超限报警的转矩设定量；

D3.通过变频器将实际转矩量输入控制器，与转矩设定量进行比较，当实际转矩量超过转矩设定量，由控制器判定电机机械抱闸的制动状态存在异常，并发出报警信号。

在步骤D3中，所述的报警为声音报警、画面报警、灯光报警中的一种或多种。

还包括步骤E.给各电机配备独立设置且供电的风扇，在引锭杆保持阶段时，通过变频器控制风扇对各电机进行强制冷却。

在上述技术方案中，本发明的引锭杆插入位置保持控制方法通过在引锭杆保持阶段激发拉矫机传动辊电机变频器的预励磁作用，利用闭环转速控制的变频器在预励磁后给电机提供的零速电磁制动转矩，来抵消引锭杆重力作用对拉矫机传动辊形成的反拖力，从而保持引锭杆在插入位置的零速静止状态，同时，通过编码器对电机实际转矩量进行实时监测和判断，起到对抱闸制动状态的远程监测和异常报警作用。

附图说明

图1是现有技术的引锭杆插入位置保持状态示意图；

图2是现有技术的引锭杆保持控制的原理图；

图3是本发明的引锭杆保持控制的原理图；

图4是本发明的引锭杆保持控制方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图3～图4所示，发明的引锭杆插入位置保持控制方法具体包括以下步骤：

首先，在需要零速电磁制动转矩(即在保持阶段下压在引锭杆)的各拉矫机传动辊电机上配置相关硬件设备：

a)各拉矫机传动辊电机上配置测速编码器，将编码器信号送入变频器，该信号作为电机转速反馈量，用于变频器的闭环速度控制；

变频器有多种控制方式，如V/F控制，频率控制，转矩控制，速度控制等。变频器需要在闭环速度控制方式下(如带速度编码器的矢量控制)，才能使变频器在拉矫机传动辊电机零速状态下产生足够的电磁制动转矩。目前各大品牌变频器一般都具有矢量控制功能，速度反馈可以通过在电机上配装测速编码器，并将编码器信号送入变频器来实现。在此条件下，即可使变频器工作在带速度反馈的矢量速度控制模式下。

b)给各拉矫机传动辊电机配置具有单独供电回路的冷却风扇，用于在引锭杆保持阶段对电机提供风冷，以保证电机正常的使用寿命；

由于电机在产生电磁制动转矩的时候，电机需要通入电流并产生发热，而此时电机处于零速静止状态，若电机采用自冷方式，风扇安装在电机转轴上，转速与电机同步，则会因零速时风扇不转，影响电机通电时的有效散热及其运行寿命。因此，需要采用强迫风冷方式，即在采用风扇独立供电，且风扇转轴与电机转轴分离，这样即使电机速度为零，只要在变频器给电机通电时，控制风扇高速运转，就可以提供电机足够的冷却效果，不影响电机的正常使用寿命。

其次，当引锭杆插入到位进入保持阶段后，通过控制器发出电机停转指令及零速给定信号，并由变频器发出抱闸控制信号；即连铸机的引锭杆头部插入结晶器并且调整到位后，拉矫机传动辊电机停止，引锭杆进入保持状态，等待开浇，此时，可通过控制器给那些压在引锭杆上的拉矫机传动辊的电机发出停机信号，并给变频器送出维持速度给定信号为零。

然后，在引锭杆保持阶段，对拉矫机传动辊电机提供零速状态下的电磁制动转矩；

a)在引锭杆保持阶段，通过控制器给那些压在引锭杆上的拉矫机传动辊的电机变频器送出一个预励磁指令信号；

b)当变频器收到以上述信号后，对电机通电建立励磁磁场，并在电机转轴上产生零速状态下的电磁制动转矩；

变频器收到预励磁指令信号后，会立即解除对变频器脉冲的封锁，并对电机施加励磁电流，建立起励磁磁场。由于此时控制器送给变频器的电机速度给定信号为零，且变频器处于闭环速度控制方式下，为了维持零速，此时在电机转轴上将产生同负载转矩方向相反，大小相同的电磁制动转矩。当拉矫机传动辊电机抱闸机械制动力不足或缺失时，拉矫辊会受到引锭杆负载的反拖作用影响，产生被动反转的趋势，一旦电机转轴上存在这种导致速度变化的负载转矩，变频器便会自动在电机上生成相反方向的电磁制动转矩，以抵消速度变化的趋势，这样就起到了维持电机转轴静止的作用。

c)在电机通电期间，由变频器通过供电回路对电机风扇进行单独供电，控制风扇恒速运转，对各电机进行强行冷却。

最后，在引锭杆保持阶段，还通过测速编码器对相应电机进行监测，通过其反馈电机的实际转矩量，并对抱闸制动状态的异常进行预警。

由于变频器对电机的预励磁作用，虽然可以产生零速制动转矩，弥补抱闸状态劣化时的缺点，起到避免引锭杆下滑的作用，但是它还是无法完全取代抱闸。因为电机的制动转矩需要通电时才能产生，一旦电源传动装置因意外事故导致失电，就会失去电磁制动力；而抱闸却可以在失电时凭借弹簧的压合作用产生制动力，因此，从安全角度考虑，完整的引锭杆保持方案应该是变频器的零速预励磁+抱闸。既然抱闸仍然具有存在的必要，那么对于抱闸的状态监测则同样具有必要性，也是引锭杆位置保持整体解决方案中的一部分。

在以上实施预励磁的过程中，通过对变频器内电机转矩反馈量的监测，发现这样一个规律：当电机抱闸制动力不足时，变频器中的电机实际转矩为负(表示产生的是向上的制动转矩)，并且转矩数值偏大，说明为了维持电机零速静止状态，变频器在电机上产生了较大的电磁制动力矩；当电机抱闸制动力良好时，变频器中的电机实际转矩很小，说明变频器不需要让电机产生较大的电磁制动转矩，就能维持电机的零速静止状态。

利用这一现象和规律，可以按下列步骤实施：

a)在引锭杆保持阶段，由测速编码器对电机的实际转速进行实时测量，并反馈至变频器产生实际转矩量，并由控制器从变频器中实时读取各拉矫机传动辊电机的实际转矩量；

b)在控制器中设定一个用于超限报警的转矩设定量；

该设定量可以参照在引锭杆保持阶段，报闸正常状态下的电机实际转矩量，来进行设定。

c)当实际转矩量超过了设定量，控制器判定电机机械抱闸的制动状态存在异常，并向操作和维护人员发出可感知的报警信号。

假设在引锭杆保持阶段，第i号拉矫机传动辊电机的实际转矩为Ti，

当Τ_i＜0且|Τ_i|＞Τ_th，(T_th为超限报警的转矩设定量)

则控制器发出电机抱闸制动力不足的预警信号，该信号可以是任何可以感知的声光报警或画面信息，从而在抱闸失效的早期阶段，提醒操作维护人员能够及时安排抱闸的检修维护，以确保抱闸作用的有效性。

综上所述，采用本发明的控制方法具有如下优点：

1、可以在现有的拉矫机传动辊电机抱闸机械制动力不足或缺失的条件下，通过提供电机零速电磁制动转矩，确保引锭杆在插入位置不下滑；

2、消除了抱闸磨损、劣化所带来的制动可靠性下降的问题；

3、可以在引锭杆保持状态下，在线远程监测拉矫机传动辊电机的抱闸制动状态，从而能早期发现抱闸制动状态劣化趋势，确保抱闸状态的稳定受控，同现有方法相比，更具有安全性和可靠性。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种引锭杆插入位置保持控制方法，其特征在于，

包括以下步骤：

A.在各拉矫机传动辊的电机上配置测速编码器，并与变频器构成闭环速度控制；

B.当引锭杆插入到位进入保持阶段后，通过控制器发出电机停转指令及零速给定信号，并由变频器发出抱闸控制信号；

C.对各拉矫机传动辊的电机提供零速状态下的电磁制动转矩；

D.通过测速编码器反馈电机的实际转矩量，并对抱闸制动状态的异常进行预警。

2.如权利要求1所述的引锭杆插入位置保持控制方法，其特征在于：

所述的步骤C包括：

C1.在引锭杆保持阶段，通过控制器发出预励磁指令信号至各拉矫机传动辊电机的变频器中；

C2.变频器收到上述信号后，对各电机通电建立励磁磁场，并在电机转轴上产生零速状态下的电磁制动转矩，以抵消速度变化的趋势，维持电机转轴静止。

3.如权利要求1所述的引锭杆插入位置保持控制方法，其特征在于：

所述的步骤D包括：

D1.由测速编码器对电机的实际转速进行实时测量，并反馈至变频器产生实际转矩量；

D2.在控制器中设定一个用于超限报警的转矩设定量；

D3.通过变频器将实际转矩量输入控制器，与转矩设定量进行比较，当实际转矩量超过转矩设定量，由控制器判定电机机械抱闸的制动状态存在异常，并发出报警信号。

4.如权利要求3所述的引锭杆插入位置保持控制方法，其特征在于：

在步骤D3中，所述的报警为声音报警、画面报警、灯光报警中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的引锭杆插入位置保持控制方法，其特征在于：

还包括步骤E.给各电机配备独立设置且供电的风扇，在引锭杆保持阶段时，通过变频器控制风扇对各电机进行强制冷却。