西门子6ES7223-1BH22-0XA8接线图形针对传统的电动机驱动偏心凸轮式结晶器振动台架所存在的缺点，开发研制了一种新型的基于电液伺服技术的自振式结晶器及其控制系统。贝加莱的PP41是一款集成了高性能PLC与数字量 I/O功能的显示单元，本文介绍了以它为核心搭建的连铸电液伺服自振式结晶器控制系统的构成，以及控制程序和监控画面设计。应用实践表明，该工艺显著改善了铸坯质量并大大tigao了拉坯速度。 关键词：连铸机；电液伺服；自振式结晶器； PP41显示控制器；应用程序 引言 PP41是贝加莱（B&R）公司生产的一款紧凑型智能化PowerPanel产品，它是集成了高性能PLC与数字量 I/O的显示单元，并且提供了文本显示与QVGA高分辨率图形显示功能，因而具有较高的性价比。由于B&R公司提供了Automation Studio一体化集成软件开发平台，与PCC（可编程计算机控制器）一样，PP41同样也可采用该集成软件平台的编程软件来进行应用程序开发。它采用Runtime实时操作系统并基于分时多任务设计理念，所以非常适宜应用在对实时性要求很高的控制系统中。钢铁厂的连铸机电液伺服自振式结晶器对其控制系统在快速性和实时性方面有较高的要求，以满足对结晶器运动规律的jingque控制，从而生产出高质量的铸坯。 1 工艺简介 采用电液伺服驱动技术的自振式结晶器主要适用于小方坯连铸机，它通常包括结晶器本体、液压系统和电控系统三大部分，采用紧凑式结构设计将结晶器、M-EMS（结晶器电磁搅拌）线圈、结晶器振动台架融为一体，兼具这三项功能。为了满足连铸工艺在跟踪非正弦给定振动波形方面的要求，采用了基于智能控制的基本思想对一些控制方法进行了改进，有效地抑制了非对称负载造成的静差并tigao了系统的相频宽。通过在多台小方坯连铸机上的试验与应用，充分体现了该工艺的优越性。对铸坯的内部质量、外部质量均有显著的改善并大大tigao了拉坯速度。 2 电液伺服系统与伺服油缸[3] 电液伺服系统属于随动系统的一种，在这种系统中，输出量 (机械位移、速度或力) 能够自动、快速而准确地复现输入量的变化规律，同时也起到信号的功率放大作用。由电信号控制液压驱动装置作为动力所构成的伺服系统叫电液伺服系统，它是一个控制能源输出的装置，在其中输入量与输出量之间自动而连续地保持一定的比例关系。 电液伺服系统由以下基本的部分组成：即偏差检测器、转换放大装置(包括能源)、执行机构和控制对象。 电液伺服系统与其它类型的系统相比，具有如下的优点： （1）液压元件的功率－重量比和力矩－惯量比较大、传递的力矩和功率很大。因此可以组成体积小、重量轻、加速能力强和快速动作的伺服系统，来控制大功率和大负荷。 （2）液压执行元件响应速度快，在伺服控制中采用校正装置可以使回路增益tigao、频带加宽。液压执行机构传动平稳、抗干扰能力强。 （3）调速范围广，特别是低速运行状态下的控制性能好。能在给定范围内平稳地自动调节驱动速度，并可实现无极调速，调速范围大可达1：2000(一般为1：100）。 （4）换向容易，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换。 （5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命较长。 （6）操纵控制简便，自动化程度高；容易实现过载保护。 伺服油缸用于电液伺服系统，它是吸收液压泵的压力和liuliang，接收伺服阀的液压控制信号并放大转换成驱动负载运动的机械能的执行机构。它集成了伺服阀、功率放大器、内置位移或压力、速度、加速度等传感器，形成各种闭环控制系统并充分发挥了液压与电子两方面的技术优势，通过小信号来控制大功率和大惯量，且能实现高精度和高响应。它在工业控制领域的应用较为广泛，如航空航天、船舶、石油、化工、电厂、机车、冶金、机床、锻压、橡塑机械、轻工业等。 3 控制系统概述 电液伺服自振式结晶器是在较高拉坯速度下生产优质钢的先进设备，能有效地tigao连铸机的性能和铸坯质量。与传统的电动机驱动偏心凸轮式结晶器振动台相比，电液伺服自振式结晶器具有以下优点： （1） 传动重量轻且具有很高的运动精度。 （2） 振动冲程hsp、振动频率f、负滑脱率NSp、振动波形等参数可在线调整，并可实现非正弦振动规律。 （3） 运行参数可在线分析。具有事故预报警功能，降低连铸的事故率。 （4） 安装及维护方便，维护费用较低。 其控制系统框图如图1所示。该系统由PP41控制站、上位计算机、各类信号变送器（包括油压、拉速、位置和温度等）、伺服阀和作为振动执行机构的2台伺服油缸等组成。 图1 控制系统框图其中PP41控制站是整个控制系统的核心，所有的输入、输出信号都是由它进行检测及处理判断的，整套PP41控制站包括以下部件： （1）Ethernet 通讯卡 3IF681.96 （2）混和模拟量输入 / 输出卡 7AM351.70 测量伺服油缸位移传感器的实际位置信号并发出伺服阀位置控制信号。 （3）模拟量输入卡 (4 x 0-20mA) 7AI774.70 检测实际拉速、油缸压力 A、油缸压力 B、伺服阀位置反馈信号。 （4）板载 10 路数字量输入 检测系统启动、停止、上升、下降、工作方式选择等开关量信号。 （5）板载8路数字量输出 输出系统运行、停止、故障等指示信号。 计算机站通过Ethernet工业以太网与PP41控制站实现数据通信，可在计算机站上对整套控制系统进行全面的监视及控制，并能记录诸如历史运行曲线、历史故障记录等信息。 4 控制程序设计[1], [2] 贝加莱(B&R) PP41控制器采用基于实时操作系统和分时多任务设计理念的软件开发平台，因此可以实现实时多任务控制，用户可以为自己的程序段设定循环时间。系统提供了五个不同循环时间及不同优先级的任务等级。这样，在编程时一个复杂的项目可以分成多个独立的任务来完成，每个任务都有自己独立的程序部分，使整个应用程序结构化，而且每个任务可选择合适的语言来编程 (贝加莱Automation Studio集成软件平台提供了C、Basic、LAD、ST、SFC等多种编程语言），这使得编程变得非常灵活方便，而且由于采用了模块化结构的程序设计模式，使得整个项目的调试及故障处理也变得比较简单。 针对结晶器振动控制系统的特点，控制程序设计可划分为以下几部分： 4.1 循环处理任务 主要包括：参数设定、频率计算、报警状态判断、模拟量标定、趋势曲线绘制、通信参数传送等。 4.2 定时中断任务 这是整个控制系统的核心，所有的结晶器振动轨迹都是由它来进行计算和优化的。主要包括：振动轨迹运算、PID控制、PID控制参数优化、AM351 TPU控制等。 频率计算公式: 4.3 故障处理任务 检测各种系统故障，并做出有针对性的相应的处理。 下面以结晶器振动控制中的重要环节，结晶器振动频率及波形计算为例介绍程序主要流程。 结晶器振动频率计算公式如下： 振动频率f = Vc / 2hsp×（1 — Nsp） 其中：Vc为铸速测量值；hsp为结晶器振动冲程设定值；Nsp 为结晶器负滑脱率设定值（百分值）。 程序流程图如图2所示。 图2 结晶器振动频率计算程序流程框图5 监控画面[2] 在自动化系统中，友好的计算机监控界面是必不可少的，它可以极大地tigao整个系统的可操作性及易用性，一般计算机工作站监控软件使用组态软件，如：IFix、WinCC、RSVIEW32等，此类软件采用变量和图形组态方式，使用方便，功能强大，开发周期短。组态工作完成后即可进入实时运行状态，可对PLC参数进行读写，可将系统变量参数及运行状态以文本和各种形式的图形画面（捧形图、趋势图、自由格式画面等形式）通过CRT显示出来，供现场操作人员监视，现场操作人员根据实际情况可通过键盘进行画面选择，非常方便地对生产过程进行监控。 监控画面应包括：工艺参数设定画面、系统状态画面、结晶器远程操作画面、实时和历史参数趋势曲线画面、报警信息画面等。如图3所示。 图3 结晶器振动波形监控画面6 结束语 由于贝加莱(B&R) PP41控制器可实现分时多任务控制，很好地满足了系统对实时性的较高要求，使得该控制系统具有很高的性价比及可操作性。试验表明，所研制的电液伺服结晶器振动控制系统能够根据连铸工艺要求实时、准确、方便地改变振动波形，从而有效地改善了铸坯质量并tigao了连铸自动化水平。 本文主要介绍了汇川高性能伺服（矢量变频器）和PLC/HMI在带飞锯的单牵引和双牵引机型的成功应用，本系统全部采用汇川产品，并且采用高速总线Canbbbb实现PLC的远程控制和伺服（变频器）控制，速度模式或者扭矩模式控制切换方便，响应快，完全满足客户目前的设备稳定、高效的需求。 关键词：双牵引机、PLC、Canbbbb、现场总线、矢量变频器、速度闭环转矩限、转矩控制速度限、RS485通信 一：系统简介 铝型材双牵引机是铝型材挤出机将铝棒高温加热后，在挤出机挤出端通过模具挤出成型各种规格形状的铝型材，铝型材牵引机是从其出口夹住铝材，并且牵引到一定长度后切断而送到储料台架上，为了tigao牵引效率，双牵引指有两个小车轮流交替牵引铝材，牵引机在牵引过程中采用扭矩模式，保证稳定的恒张力，和基础挤出速度保持一致，其目的使铝材在牵引过程中不变形；但是在交接完成后，为了tigao效率，小车以速度模式高速返回。飞锯主要在2个小车交接的时候切断铝材。 其中2个小车分别由两台电机链条传动，每台小车都有独立的液压控制铝型材夹紧放松系统，而靠近挤出机出口的小车还带有铝材定长切割系统。二：行业现状 广东铝材设备近几年，随着政府整顿和规范市场秩序力度的加强和市场竞争优胜劣汰机制作用的进一步发挥，中国铝合金型材工业在总量快速增长的同时，内部结构也发生了明显的变化，产业开始逐渐走向成熟。据统计，国内铝合金型材生产厂家数已从顶峰时期的1,200多家减少至700多家广东铝材设备，而一大批产品技术水平低、质量差、档次低的小型铝型材加工厂已逐渐被淘汰。与此同时，大断面、大吨位、技术先进的挤压机开始落户中国，表面处理技术也由以往的色调单一、品种稀少、质量低下的状况，向多色多彩、品种齐全、品质优良的方向发展。目前，中国铝合金型材工业已经跨越了以数量增长为特征的初级发展阶段，初步进入了以tigao产品内在质量、丰富产品种类、依靠综合实力参与市场竞争的新阶段。 出于传统使用的各种单牵引机普遍存在故障率高、冲击大、运行平稳性差、起动控制性能差、电耗高、维修成本大、维修难度大等缺陷，为解决以上诸多问题，现研制了此新型牵引机；本机型具以下几方面特点： 1、使用新型轨道，大大tigao了导向精度，使牵引头运行更平稳、阻力更小； 2、夹料机头不安装夹料动力装置，机头重量仅100公斤，是普通机头重量的1/4，从而使得运行过程冲击小、起停灵敏，有效的tigao了控制性能，同时牵引电机功率也降低了1/3； 3、夹料机头无控制箱及控制元件，无须为机头控制系统故障而操心，极大的减少了故障率，也降低了维修难度；无滑触线和集电器等重要易损件，减少了使用维护成本； 4、牵引电机使用伺服电机或者4/8极双速变频电机，使牵引机低速牵引时有足够的平稳运行频率，消除了低速牵引时爬行及牵引力不稳的问题； 5、本机型使用双钢丝绳传动，靠挤压机端安装了夹料托板和压爪动作的气动机构； 6、PLC以通讯方式控制伺服或者变频器的参数，有效控制各速度段的起停和速度段间的平滑过渡，使得运行流畅可靠无冲击，有效tigao铝材质量； 三：设备工艺介绍 1、铝型材牵引传动的示意2、传动动作原理 1）首先，铝型材切割牵引小车1停留在铝型材锻压机口原点A处，等待挤出铝型材，铝型材小车2停留在B等待小车1将铝型材牵引过来交接。 2）当铝型材挤出一定的长度时候，铝型材牵引切割小车1开始夹紧铝型材，以适当的稳定牵引速度和力牵引铝型材前进，当达到C点，小车2开始与小车1同步速度启动运行前进的同时夹紧铝型材，小车1的夹紧松开后，就立即高速返回到原点A处等待小车2将牵引铝型材长度到达。 3） 小车2牵引前进到设定的铝型材长度的D点，小车1又开始启动与小车2同步速度和合适牵引力前进同时夹紧，在前进的同时，小车1上飞锯开始切割。 4） 当小车1上飞锯切割完成，小车2就开始高速前进，将铝型材送到储料台位置停止放松夹紧，放下铝型材后，高速返回到点B处，再次等待小车1牵引铝型材到位。 5） 以上的循环周而复始，从而达到牵引的作用，保证锻压机连续工作。 四：汇川的解决方案 1、汇川电气控制原理图2、电气配置BOM表3、汇川方案介绍 本控制系统分三个独立的控制部分组成：铝型材牵引切割小车1、铝型材牵引小车2、两台小车伺服传动部分。对于小车1、2分别用H2U列14点的PLC控制，并且做独立系统控制编程，两台小车传动部分采用汇川IS500伺服或者MD380系列变频器。 其中以64点PLC作为主站，其他2个PLC和伺服（变频器）作为从站，它们之间采用canbbbb协议（100-500K速率）链接来实现通信交换数据。 汇川伺服的极限保护功能可以不通过PLC编程就能实现设备之间的防撞保护。 同时汇川伺服具有回原点功能，无需编程，通过伺服接口信号实现，如下：4、系统控制要点 1、要求伺服或者变频器具有稳定的扭矩特性； 2、两小车高速返回原点定位准确； 3、小车在单牵引或者双牵引时候，能够实现扭矩和速度快速切换； 4：扭矩模式下伺服启动，通过先给定大扭矩实现启动加速过程，等系统克服惯量问题造成加速缓慢后，在把扭矩调整到正常扭矩大小；尤其在小车交换的时候，速度和扭矩的切换无停顿现象； 5、次的两小车在牵引铝型材交接和切割时候，实现速度同步控制，以及牵引力的平衡传递实现。 6、通信控制必须稳定，在滑轨瞬间接触不良时，能够准确判断是通信瞬间中断还是长久中断，如果发生故障，系统能够安全停止运行，并提供准确报警信息，以便维护； 五：汇川的解决方案的优势 1：系统方案成熟应用，控制效果得到客户的高度认可； 2：PLC编程简单易用，网络配置方便；安全的加密特性；3：伺服高响应性和过载能力
