交流伺服驅(qū)動(dòng)的鑄鐵型材水平連鑄機(jī)控制系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及水平連鑄機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體公開一種交流伺服驅(qū)動(dòng)的鑄鐵型材水平連鑄機(jī)控制系統(tǒng)及其方法，包括PLC控制器與PLC控制器連接的交流伺服系統(tǒng)，所述交流伺服系統(tǒng)上連接交流伺服電機(jī)，所述交流伺服電機(jī)與PLC控制器之間通過光電編碼器連接；所述光電編碼器與所述交流伺服系統(tǒng)連接，所述PLC控制器上還連接有觸摸屏。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，交流伺服驅(qū)動(dòng)的鑄鐵型材水平連鑄機(jī)控制系統(tǒng)及其方法，其在于提供大功率交流伺服水平連鑄機(jī)系統(tǒng)。滿足水平連鑄伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性品質(zhì)要求：實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)控制的快速跟蹤性和準(zhǔn)確定位，特別多輥電機(jī)的同步控制。
【專利說明】
交流伺服驅(qū)動(dòng)的鑄鐵型材水平連鑄機(jī)控制系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及水平連鑄機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種交流伺服驅(qū)動(dòng)的鑄鐵型材水 平連鑄機(jī)控制系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑄鐵水平連鑄的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和拉坯參數(shù)的控制精度是確保鑄鐵水平連鑄作業(yè)的進(jìn) 一步高效化和拉坯質(zhì)量的關(guān)鍵因素，拉坯質(zhì)量取決于鑄坯速度相關(guān)的參數(shù)(拉、推程量，中 停時(shí)間和拉坯頻率等）的控制，這些控制要求設(shè)備能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行工藝設(shè)計(jì)的牽引動(dòng)作，易 于調(diào)節(jié)牽引過程中適應(yīng)各階段拉坯工藝的工藝參數(shù)，特別是牽引動(dòng)作的再現(xiàn)性和多輥伺服 驅(qū)動(dòng)的同步性。
[0003] 目前，在我國(guó)內(nèi)的實(shí)現(xiàn)水平連鑄機(jī)拉坯控制主要采用的是液壓伺服或直流伺服控 制系統(tǒng)，這類系統(tǒng)存在著控制精度不高(拉、推程量），致使每次的拉、推程量不一致(步距不 均），影響拉坯質(zhì)量，或?qū)е沦|(zhì)密度下降，甚至可能產(chǎn)生"拉漏"的事故。
[0004]因此采用大扭矩高精度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和優(yōu)化的控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量拉坯控制的必 要條件，交流變頻伺服控制系統(tǒng)是鑄鐵型材水平連鑄機(jī)控制的理想設(shè)備，提高了系統(tǒng)的控 制精度和可靠性，既克服了液壓伺服控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和同步性差、難于維護(hù)的缺點(diǎn)，又避免 了直流伺服控制系統(tǒng)整流電路復(fù)雜、直流電機(jī)機(jī)械整流子易磨損的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種交流伺服驅(qū)動(dòng)的鑄鐵型材水平連鑄機(jī)控制系統(tǒng)及其方 法，其在于提供大功率交流伺服水平連鑄機(jī)系統(tǒng)。滿足水平連鑄伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特 性品質(zhì)要求:實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)控制的快速跟蹤性和準(zhǔn)確定位，特別多輥電機(jī)的同步控制。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案:交流伺服驅(qū)動(dòng)的鑄鐵型材水 平連鑄機(jī)控制系統(tǒng)，包括PLC控制器與PLC控制器連接的交流伺服系統(tǒng)，所述交流伺服系統(tǒng) 上連接交流伺服電機(jī)，所述交流伺服電機(jī)與PLC控制器之間通過光電編碼器連接;所述光電 編碼器與所述交流伺服系統(tǒng)連接，所述PLC控制器上還連接有觸摸屏。
[0007] -種使用上述交流伺服驅(qū)動(dòng)鑄鐵水平連鑄機(jī)控制方法，
[0008] S1，PLC控制器采集水平連鑄機(jī)溫度與拉坯材質(zhì)、棒徑推算出優(yōu)化的拉拔參數(shù)，生 成伺服驅(qū)動(dòng)脈沖序列，控制交流伺服系統(tǒng)按工藝要求進(jìn)行間歇運(yùn)動(dòng)；
[0009] S2,交流伺服系統(tǒng)控制水平連鑄機(jī)拉坯一個(gè)周期內(nèi)分為拉拔階段、停歇階段、反推 階段、反推間歇階段，
[0010] S3、伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)劃分為加速、恒速和減速階段，T為一個(gè)周期的拉拔時(shí)間，T1、 T3升降頻時(shí)間。
[0011] 假定伺服電機(jī)每圈的脈沖數(shù)為N，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為V，單位r/m，拉拔時(shí)間為t，
[0012] 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的表達(dá)式為：
[0014]電機(jī)在給定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)為η:
[0016] 升降頻段的脈沖數(shù)nl:
[0017] m= (Fmax-Fmin)/A F (3)
[0018] 恒頻段的脈沖數(shù)為n2:
[0019] η2 = η_2ηι
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于:采用上述系統(tǒng)后，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)131072Ρ/圈脈沖，系統(tǒng)定 位精度高，實(shí)現(xiàn)拉坯步距均勻(每次拉坯的長(zhǎng)度一致)控制，提高了拉坯的質(zhì)量和型材的成 型率。拉程與反推量控制精度誤差不超過0.1mm，暫停時(shí)間控制在0.1 s以內(nèi)。
[0021] 系統(tǒng)有HMI觸摸屏、PLC控制器和交流伺服控制系統(tǒng)組成，其中PLC負(fù)責(zé)進(jìn)行相關(guān)工 藝控制和邏輯控制，；采集連鑄機(jī)關(guān)鍵點(diǎn)溫度與拉坯材質(zhì)、棒徑推算出優(yōu)化的拉拔參數(shù)，生 成伺服驅(qū)動(dòng)脈沖序列，控制交流伺服系統(tǒng)按工藝要求進(jìn)行間歇運(yùn)動(dòng)，由于伺服系統(tǒng)工作于 位置模式，保證了拉坯輥定長(zhǎng)運(yùn)行，即拉程量相等。
[0022]交流變頻伺服控制系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性，既克服了液壓伺服控制 系統(tǒng)穩(wěn)定性和同步性差、難于維護(hù)的缺點(diǎn)，又避免了直流伺服控制系統(tǒng)整流電路復(fù)雜、直流 電機(jī)機(jī)械整流子易磨損的不足。
【附圖說明】
[0023] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的 附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明為了更清楚地說明本發(fā) 明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)-實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附 圖作簡(jiǎn)單地介紹，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根 據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024] 圖1為水平連鑄機(jī)交流伺服控制方案框圖；
[0025] 圖2為水平連鑄機(jī)拉坯控制方式示意圖；
[0026] 圖3為PT0/PWM發(fā)生器的多段管線實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)升降頻與恒速運(yùn)行曲線圖；
[0027] 圖4為伺服控制器主接觸器智能控制框圖。
[0028] 其中，圖2中T1-T3為拉拔時(shí)間及速度曲線，T4為停歇時(shí)間，T5為反推時(shí)間，T6為反 推停歇時(shí)間。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]如圖1所示的交流伺服驅(qū)動(dòng)的鑄鐵型材水平連鑄機(jī)控制系統(tǒng)，包括PLC控制器與 PLC控制器連接的交流伺服系統(tǒng)，所述交流伺服系統(tǒng)上連接交流伺服電機(jī)，所述交流伺服電 機(jī)與PLC控制器之間通過光電編碼器連接;所述光電編碼器與所述交流伺服系統(tǒng)連接，所述 PLC控制器上還連接有觸摸屏。
[0031] 一種使用上述交流伺服驅(qū)動(dòng)鑄鐵水平連鑄機(jī)控制方法，
[0032] PLC控制器采集水平連鑄機(jī)溫度與拉坯材質(zhì)、棒徑推算出優(yōu)化的拉拔參數(shù)，生成伺 服驅(qū)動(dòng)脈沖序列，控制交流伺服系統(tǒng)按工藝要求進(jìn)行間歇運(yùn)動(dòng)；
[0033] 交流伺服系統(tǒng)控制水平連鑄機(jī)拉坯一個(gè)周期內(nèi)分為拉拔階段、停歇階段、反推階 段、反推間歇階段，
[0034] 圖2拉還控制方式將一個(gè)拉還周期最大劃分為6個(gè)部分:T1-T3為拉拔時(shí)間及速度 曲線，Τ4為停歇時(shí)間，Τ5為反推時(shí)間，Τ6為反推停歇時(shí)間。水平連鑄的拉坯控制關(guān)鍵點(diǎn)在拉 拔階段，其Τ1和Τ3時(shí)間分別為拉拔輥的加速時(shí)間和制動(dòng)時(shí)間，對(duì)拉坯質(zhì)量起關(guān)鍵作用。 [0035] 結(jié)合圖2的工藝要求，本發(fā)明采用PLC(西門子S7-200系列）中的ΡΤ0/Ρ麗發(fā)生器的 多段管線功能實(shí)現(xiàn)拉坯工藝曲線的控制。將伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)劃分為加速、恒速和減速階段。 采用圖3的3段管線圖能夠很好的實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)運(yùn)行曲線，T為一個(gè)周期的拉拔時(shí)間，T1、T3 升降頻時(shí)間。
[0036]假定伺服電機(jī)每圈的脈沖數(shù)為Ν，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為V，單位r/m，拉拔時(shí)間為t，
[0037]電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的表達(dá)式為：
[0039]電機(jī)在給定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)為η:
[0041] 升降頻段的脈沖數(shù)nl:
[0042] ni=(Fmax-Fmin)/AF (3)
[0043] 恒頻段的脈沖數(shù)為n2:
[0044] η2 = η_2ηι(4)
[0045] 交流伺服驅(qū)動(dòng)器主電源通過接觸器接通與斷開，正常運(yùn)行前必須先接通，停止運(yùn) 行后應(yīng)該斷開，但在水平連鑄控制系統(tǒng)中尤其是手動(dòng)運(yùn)行過程中，即不斷的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行時(shí)，導(dǎo) 致主接觸器頻繁動(dòng)作，可能對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器造成很大的沖擊，但如果一直接通而不運(yùn)行，影響 驅(qū)動(dòng)器主回路大電容的壽命。針對(duì)這個(gè)問題本發(fā)明提出了主電源接觸器智能延遲控制算 法，很好的解決上述問題：
[0046] 本發(fā)明的基本思想是：自動(dòng)運(yùn)行時(shí)主接觸器一直接通，轉(zhuǎn)成手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)自動(dòng) 斷開接觸器。手動(dòng)時(shí)第一次操作拉拔或推入按鈕時(shí)接通主接觸器，并且開始定時(shí)，如果下次 拉拔或推入操作與上次控制間隔時(shí)間定時(shí)時(shí)間，則斷開主接觸器，否則清除定時(shí)器當(dāng)前的 定時(shí)時(shí)間，主接觸器繼續(xù)接通。其工作流程見圖4所示。
[0047]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 交流伺服驅(qū)動(dòng)的鑄鐵型材水平連鑄機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括PLC控制器與PLC 控制器連接的交流伺服系統(tǒng)，所述交流伺服系統(tǒng)上連接交流伺服電機(jī)，所述交流伺服電機(jī) 與PLC控制器之間通過光電編碼器連接;所述光電編碼器與所述交流伺服系統(tǒng)連接，所述 PLC控制器上還連接有觸摸屏。2. -種使用權(quán)利要求1中交流伺服驅(qū)動(dòng)鑄鐵水平連鑄機(jī)控制方法，其特征在于： SI，PLC控制器采集水平連鑄機(jī)溫度與拉坯材質(zhì)、棒徑推算出優(yōu)化的拉拔參數(shù)，生成伺 服驅(qū)動(dòng)脈沖序列，控制交流伺服系統(tǒng)按工藝要求進(jìn)行間歇運(yùn)動(dòng)； 52, 交流伺服系統(tǒng)控制水平連鑄機(jī)拉坯一個(gè)周期內(nèi)分為拉拔階段、停歇階段、反推階 段、反推間歇階段， 53、 伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)劃分為加速、恒速和減速階段，T為一個(gè)周期的拉拔時(shí)間，T1、T3升 降頻時(shí)間。 假定伺服電機(jī)每圈的脈沖數(shù)為Ν，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為V，單位r/m，拉拔時(shí)間為t， 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的表達(dá)式為： f= -χΝ ⑴ 60 電機(jī)在給定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)為η:升降頻段的脈沖數(shù)nl: ni= (Fmax-Fmin)/ A F (3) 恒頻段的脈沖數(shù)為n2: n2 = n-2m〇
【文檔編號(hào)】G05B19/05GK105867287SQ201610179664
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】魏志勇, 李生民
【申請(qǐng)人】邯鄲市恒工冶金機(jī)械有限公司