2#连铸机结晶器液压振动系统电气控制概述

2#连铸机结晶器液压振动系统电气控制概述
炼钢厂：张曙光
摘要：本文主要介绍了结晶器液压振动电气控制的系统组成与控制方式，并且对该系统投产以来发生的主要故障进行了分析。

关键字：液压振动；电气控制；系统组态
1、引言
进入21世纪以来，随着连铸机技术的不断进步，使得对连铸机使用的高效化与浇铸的快速化有了更高的要求，导致了对板坯连铸过程中采用的结晶器振动方式的发展与变革。

液压技术的快速发展使得液压振动装置不断成熟，与传统的机械偏心轮式振动台相比，它具有无以伦比的优势。

目前欧美、日本等许多国家的大型连铸机振动台都采用液压振动方式，我国许多钢厂的连铸机也都逐渐取替了传统的机械偏心轮式振动台。

炼钢厂于2007年11月对2#连铸机机械式结晶器振动台进行了改造，采用液压振动方式。

目前液压振动台运行平稳，本文主要介绍液压振动系统中的电气自动化的组成与控制。

2、系统介绍
2#连铸机液压振动台自动化控制系统由一套PLC(S7-400)与ET200M远程站组成，并且有一套手提式离线检修箱。

人机交互监控画面在原有的HMI监控系统中增加。

PLC控制柜在PLC室增加。

电气控制柜在MCC电气室新增一组控制柜。

其中系统主PLC组态由图1可知，PLC4控制柜由4P框架和4A框架组成，LC036液压站远程操作箱(4R框架)布置在液压站。

它们之间采用PROFIBUS DP 通讯协议通讯，通过IM153进行扩展.PLC4与铸流PLC采用以太网通讯。

图1 系统组态
S7系列PLC的CPU具有高速的数据处理能力和逻辑运算能力，而且拥有梯形图、语句表和流程图三种编程语言和可视化窗口界面，易于使用，方便灵活。

所选用的模板类型如下：
（1）中央处理器(CPU)与通讯处理器
S7-400中央处理器为CPU416，控制程序的执行、运算和储存，通讯处理器为CP443以太网处理器，用于网络连接和数据通讯从而分担CPU的通讯负担，通过CP443与铸流PLC、监控站进行通讯。

(2) 输入/输出模板
DI模板选用DC24×32，DO模板选用DC24V×32，AI模板采用8点模拟量输入模块，12BIT，24VDC。

(3)功能模板
①FM438
由于液压振动系统需要非常强的实时性，需要快速响应，并可执行多任务。

因此选用SIEMENS的FM458CPU功能模板，FM458能够完成高动态响应的开环和闭环控制功能，它架构于S7-400 4P框架内，作为从节点，通过背板总线的P总线和K总线与主CPU通讯。

FM458CPU功能模板能够完成的高水平的闭环位置控制。

结合FM458的通
讯模板EXM448、I/O模板EXM438还可以扩展FM458的外部接口。

FM458应用模块具有下列特点：
高性能：使用PM6 SIMADYN D CPU模块的处理内核；
高速运算：128MHZ,64位RISC浮点运算处理器；
执行周期短：最快的循环时间是0.1ms，典型的是0.5ms；
可以进行错误诊断：LE bus能够保证FM458和它的扩展模块EXM438、EXM438-1、EXM448之间快速的数据传输；P bus外围I/O总线P总线是SIMATIC 并行的背板总线，主要为快速的I/O信号传输，每一个SIMATIC子框架有一个P 总线。

②EXM438-1
EXM438具有：8路增量型编码器通道入口；4路绝对值型编码器通道入口（SSI or EnDat）；5路模拟量输入通道；8路模拟量输出通道（12Bit）；16路数字量输入，24V；8路数字量输出，24V；8路LEDs，用户可以根据要求配置；LE bus能够保证FM458和它的扩展模块EXM438-1之间快速的数据传输。

EXM438-1是FM458的直接I/O，控制系统的重要I/O点，诸如位置编码器，用于测量油缸动作的位移量。

压力传感器，用于测量油缸油腔的压力。

伺服阀放大板，用于控制伺服阀。

这些与控制密切相关的I/O点都能够快速读入，为FM458的快速处理提供有力条件。

3、系统工作原理概述
结晶器液压振动采用伺服液压缸执行驱动的结晶器振动装置。

由伺服阀控制液压油的流向和流速推动带位置传感器的伺服液压缸做往复运动来控制结晶器的振动。

振动装置安装在基础框架上，它由左右对称的两个振动单元组成，两部分可以互换。

振动装置为带位置传感器及伺服阀的液压缸，安装于振动台下。

结晶器液压振动可以在线调整振幅、振频。

根据工艺条件的要求任意改变振动波形，实现正弦或非正弦振动。

结晶器液压振动由振动台架、液压动力单元（液压站、液压管路等）、液压控制单元（伺服阀、伺服液压缸、位置传感器等）、电气控制系统（PLC、工控机、电气柜等）、振动控制软件等组成。

液压振动的动力装置液压动力站，它作为动力源向液压缸提供稳定压力和流量的油液。

振动液压站两台循环泵（一用一备），两台高压泵（一用一备），可以
在中控室HMI 上集中手动、集中自动控制。

也可以在现场通过LC036液压站远程操作箱进行控制。

其系统原理如下：
图2 控制图
2#连铸液压振动采用双液压缸式振动装置，每个液压缸内部安装一台位置传感器，用于实现位置反馈控制。

PLC 产生的控制信号进入功放板，功放板驱动伺服阀进行工作，液压缸的反馈信号有位置编码器产生的油缸位置信号，压力传感器产生的压力信号。

如果两液压缸的位置偏差过大，PLC 将进行保护性停振。

由于系统采用了实时性非常强的，快速响应，并可执行多任务FM458CPU 功能模板，因此，位置编码器反馈的信号经过FM458的计算，产生的控制信号控制伺服阀开口度，使液压缸动作的偏差控制在一定的范围内。

振动台的振幅、频率、振动方式可以由HMI 画面进行设置。

如图3所示，在“手动设定”方式下，可以修改设定的振幅、振频、非正弦系数。

图3 振动参数设定
在系统维修时可以对振动台机械位置进行离线设定，设定方式也由HMI 进行设置，如图4所示。

图4 机械设置
点击“零点标定”按钮，可以对振动单元位置标定机械零位。

点击“向上”按钮，可以驱动振动单元向上运动，到位后“高位”灯亮。

点击“向下”按钮，可以驱动振动单元向下运动，到位后“低位”灯亮。

点击“偏移量位置”按钮，可以驱动振动单元向对中位运动，到位后“对中位”灯亮。

4、故障分析
2#连铸液压振动投产一年多以来，发生故障最多的就是位置传感器故障，由于位置传感器处于高温、高湿环境，在这样恶劣的环境当中，如果冷却不良，传感器可能损坏，插头也容易进水蒸汽使插针短路，这时传感器系统可能失控，控制系统执行保护性停机，此时位置传感器产生紊乱信号。

图5所示为传感器故障时产生的紊乱信号。

图5 传感器故障时产生的紊乱信号
这一故障产生的原因目前已经找到，主要是高温水蒸气进入传感器插头，使插针短路造成。

解决方法是在传感器插头位置使用钢板做防护罩，用玻璃胶密封，并采用氮气吹扫。

该方法采用半年多来，位置传感器还未出现过故障停机。

5、结束语
连铸结晶器液压振动，是大幅度改善铸坯表面质量，提高产量的重要手段。

2#连铸液压振动台投产以来，系统出现的故障率低，系统控制可靠性高，使用方便，维护简单，减小了维护人员的工作量。

2#连铸液压振动可以方便的实现正弦
与非正弦的控制，对产品质量有很大的提高。

参考文献
[1]黄志坚,姚良挺.板坯连铸机液压振动技术原理与实例[J].液压与气动,1999(4)
[2]黄志坚,姚良挺.板坯连铸机液压振动台故障的诊断[J].液压与气动,2002(10)
[3] 李凤阁.板坯连铸新工艺.新技术与质量控制实用手册.北京冶金出版社,2005年11月。