CN109834236A - 交流伺服驱动的铸铁型材水平连铸机控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水平连铸机控制技术领域，具体公开一种交流伺服驱动的铸铁型材水平连铸机控制系统及其方法，包括PLC控制器与PLC控制器连接的交流伺服系统，所述交流伺服系统上连接交流伺服电机，所述交流伺服电机与PLC控制器之间通过光电编码器连接；所述光电编码器与所述交流伺服系统连接，所述PLC控制器上还连接有触摸屏。本发明的优点是，交流伺服驱动的铸铁型材水平连铸机控制系统及其方法，其在于提供大功率交流伺服水平连铸机系统。满足水平连铸伺服驱动系统的动、静态特性品质要求：实现连铸机控制的快速跟踪性和准确定位，特别多辊电机的同步控制。

Description

交流伺服驱动的铸铁型材水平连铸机控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及水平连铸机控制技术领域，特别是指一种交流伺服驱动的铸铁型材水平连铸机控制系统及其方法。

背景技术

铸铁水平连铸的驱动系统和拉坯参数的控制精度是确保铸铁水平连铸作业的进一步高效化和拉坯质量的关键因素，拉坯质量取决于铸坯速度相关的参数(拉、推程量，中停时间和拉坯频率等)的控制，这些控制要求设备能够准确地执行工艺设计的牵引动作，易于调节牵引过程中适应各阶段拉坯工艺的工艺参数，特别是牵引动作的再现性和多辊伺服驱动的同步性。

目前,在我国内的实现水平连铸机拉坯控制主要采用的是液压伺服或直流伺服控制系统，这类系统存在着控制精度不高(拉、推程量)，致使每次的拉、推程量不一致(步距不均)，影响拉坯质量，或导致质密度下降，甚至可能产生“拉漏”的事故。

因此采用大扭矩高精度驱动系统和优化的控制系统是实现高质量拉坯控制的必要条件，交流变频伺服控制系统是铸铁型材水平连铸机控制的理想设备，提高了系统的控制精度和可靠性,既克服了液压伺服控制系统稳定性和同步性差、难于维护的缺点，又避免了直流伺服控制系统整流电路复杂、直流电机机械整流子易磨损的不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种交流伺服驱动的铸铁型材水平连铸机控制系统及其方法，其在于提供大功率交流伺服水平连铸机系统。满足水平连铸伺服驱动系统的动、静态特性品质要求：实现连铸机控制的快速跟踪性和准确定位，特别多辊电机的同步控制。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：交流伺服驱动的铸铁型材水平连铸机控制系统，包括PLC控制器与PLC控制器连接的交流伺服系统，所述交流伺服系统上连接交流伺服电机，所述交流伺服电机与PLC控制器之间通过光电编码器连接；所述光电编码器与所述交流伺服系统连接，所述PLC控制器上还连接有触摸屏。

一种使用上述交流伺服驱动铸铁水平连铸机控制方法，

S1，PLC控制器采集水平连铸机温度与拉坯材质、棒径推算出优化的拉拔参数，生成伺服驱动脉冲序列，控制交流伺服系统按工艺要求进行间歇运动；

S2，交流伺服系统控制水平连铸机拉坯一个周期内分为拉拔阶段、停歇阶段、反推阶段、反推间歇阶段，

S3、伺服电机的运动划分为加速、恒速和减速阶段，T为一个周期的拉拔时间，T1、T3升降频时间。

假定伺服电机每圈的脉冲数为N，电机的转速为V，单位r/m，拉拔时间为t，

电机转动频率的表达式为：

电机在给定时间内的脉冲数为n：

升降频段的脉冲数n1：

n₁＝(F_max-F_min)/ΔF (3)

恒频段的脉冲数为n2：

n₂＝n-2n₁

本发明的有益效果在于：采用上述系统后，驱动伺服电机131072P/圈脉冲，系统定位精度高，实现拉坯步距均匀(每次拉坯的长度一致)控制，提高了拉坯的质量和型材的成型率。拉程与反推量控制精度误差不超过0.1mm，暂停时间控制在0.1s以内。

系统有HMI触摸屏、PLC控制器和交流伺服控制系统组成，其中PLC负责进行相关工艺控制和逻辑控制，；采集连铸机关键点温度与拉坯材质、棒径推算出优化的拉拔参数，生成伺服驱动脉冲序列，控制交流伺服系统按工艺要求进行间歇运动，由于伺服系统工作于位置模式，保证了拉坯辊定长运行，即拉程量相等。

交流变频伺服控制系统提高了系统的控制精度和可靠性,既克服了液压伺服控制系统稳定性和同步性差、难于维护的缺点，又避免了直流伺服控制系统整流电路复杂、直流电机机械整流子易磨损的不足。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对-实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为水平连铸机交流伺服控制方案框图；

图2为水平连铸机拉坯控制方式示意图；

图3为PTO/PWM发生器的多段管线实现伺服电机升降频与恒速运行曲线图；

图4为伺服控制器主接触器智能控制框图。

其中，图2中T1-T3为拉拔时间及速度曲线，T4为停歇时间，T5为反推时间，T6为反推停歇时间。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示的交流伺服驱动的铸铁型材水平连铸机控制系统，包括PLC控制器与PLC控制器连接的交流伺服系统，所述交流伺服系统上连接交流伺服电机，所述交流伺服电机与PLC控制器之间通过光电编码器连接；所述光电编码器与所述交流伺服系统连接，所述PLC控制器上还连接有触摸屏。

一种使用上述交流伺服驱动铸铁水平连铸机控制方法，

PLC控制器采集水平连铸机温度与拉坯材质、棒径推算出优化的拉拔参数，生成伺服驱动脉冲序列，控制交流伺服系统按工艺要求进行间歇运动；

交流伺服系统控制水平连铸机拉坯一个周期内分为拉拔阶段、停歇阶段、反推阶段、反推间歇阶段，

图2拉坯控制方式将一个拉坯周期最大划分为6个部分：T1-T3为拉拔时间及速度曲线，T4为停歇时间，T5为反推时间，T6为反推停歇时间。水平连铸的拉坯控制关键点在拉拔阶段，其T1和T3时间分别为拉拔辊的加速时间和制动时间，对拉坯质量起关键作用。

结合图2的工艺要求，本发明采用PLC(西门子s7-200系列)中的PTO/PWM发生器的多段管线功能实现拉坯工艺曲线的控制。将伺服电机的运动划分为加速、恒速和减速阶段。采用图3的3段管线图能够很好的实现伺服电机运行曲线，T为一个周期的拉拔时间，T1、T3升降频时间。

假定伺服电机每圈的脉冲数为N，电机的转速为V，单位r/m，拉拔时间为t，

电机转动频率的表达式为：

电机在给定时间内的脉冲数为n：

升降频段的脉冲数n1：

n₁＝(F_max-F_min)/ΔF (3)

恒频段的脉冲数为n2：

n₂＝n-2n₁ (4)

交流伺服驱动器主电源通过接触器接通与断开，正常运行前必须先接通，停止运行后应该断开，但在水平连铸控制系统中尤其是手动运行过程中，即不断的点动运行时，导致主接触器频繁动作，可能对伺服驱动器造成很大的冲击，但如果一直接通而不运行，影响驱动器主回路大电容的寿命。针对这个问题本发明提出了主电源接触器智能延迟控制算法，很好的解决上述问题：

本发明的基本思想是:自动运行时主接触器一直接通，转成手动运行状态时自动断开接触器。手动时第一次操作拉拔或推入按钮时接通主接触器，并且开始定时，如果下次拉拔或推入操作与上次控制间隔时间定时时间，则断开主接触器，否则清除定时器当前的定时时间，主接触器继续接通。其工作流程见图4所示.

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.交流伺服驱动的铸铁型材水平连铸机控制系统，其特征在于，包括PLC控制器与PLC控制器连接的交流伺服系统，所述交流伺服系统上连接交流伺服电机，所述交流伺服电机与PLC控制器之间通过光电编码器连接；所述光电编码器与所述交流伺服系统连接，所述PLC控制器上还连接有触摸屏。

2.一种使用权利要求1中交流伺服驱动铸铁水平连铸机控制方法，其特征在于：

S1，PLC控制器采集水平连铸机温度与拉坯材质、棒径推算出优化的拉拔参数，生成伺服驱动脉冲序列，控制交流伺服系统按工艺要求进行间歇运动；

S2，交流伺服系统控制水平连铸机拉坯一个周期内分为拉拔阶段、停歇阶段、反推阶段、反推间歇阶段，

S3、伺服电机的运动划分为加速、恒速和减速阶段，T为一个周期的拉拔时间，T1、T3升降频时间。

假定伺服电机每圈的脉冲数为N，电机的转速为V，单位r/m，拉拔时间为t，

电机转动频率的表达式为：

电机在给定时间内的脉冲数为n：

升降频段的脉冲数n1：

n₁＝(F_max-F_min)/ΔF (3)

恒频段的脉冲数为n2：

n₂＝n-2n₁。