非正弦振动控制系统探讨

马云鹏

摘 要：非正弦振动控制是近年来连铸控制系统广泛采用的一种结晶器振动控制方式。其负滑动时间与正滑动时间不同：前者较短，能减轻铸坯表面的振痕深度；后者较长，有利于结晶器的润滑。非正弦技术的引用，减少了正弦控制系统的弊端，突出了波形调节的能力，同时也减少了粘连性漏钢事故的发生。系统按照工艺要求完全由计算机软件产生控制结晶器振动的非正弦波形曲线，结合实际拉速非常精确地控制结晶器上下振幅，使振动波形保持精确的频率，正、负滑脱时间等，最终得到满足生产工艺需求的结晶器振动曲线。

关键词：非正弦振动；连铸技术；结晶器；数字缸控制器

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0079-02

在结晶器振动过程中，为了得到精确、可控的振动波形，国丰一炼钢的1#矩形坯在改造后采用了镭目公司的非正弦振动控制系统，该系统完全通过PLC进行控制。PLC将输出信号传送到多轴同步控制器，同步控制器对数字伺服电动缸进行同步控制。数字伺服电动缸能够非常准确地控制运动精度（1 048 576个脉 冲/10 mm），并且具有非常快的响应速度（500 μs），能够严格按照预先设定的工艺参数经计算机产生非正弦波形来驱动结晶器振动，实现结晶器的非正弦振动。

1 工艺分析

在结晶器振动系统中有上行速度、下行速度、上行时间、下行时间之分，分别用VP，VN，TP，TN表示。上行速度VP较小时，结晶器铜板与坯壳之间的摩擦阻力减小，新生坯壳所承受的拉力降低；上行时间TP较大时，结晶器保护渣的消耗量增大，能够有效改善润滑效果；下行速度VN和下行时间TN较大时，使新生坯壳产生较大的压应力，更有利于强制脱模。此外，系统加速度a较小时，能够降低系统所受到的冲击，保持系统稳定，提高系统的可靠性和使用寿命。波形偏斜率P=（上升时间-下降时间）/周期。以下图1是非正弦偏斜率P=0.2的振动波形。

图1具备了非正弦振动控制系统的全部特点，即曲线连续、光滑，无突变，不会产生较大的瞬时加速度，因此，结晶器受到的刚性冲击小。

2 电气控制系统说明

2.1 电气控制系统工作流程

电气控制系统的工作流程有以下几步：①计算机根据工艺要求经过模型计算产生当前炉次所需要的非正弦波形，该波形经过数字化后，传送到PLC控制系统；②系统对振动数字伺服电机的输出值与时间生产拉速信号采样后进行反馈计算，经PLC、运动控制器处理后，将这种修正后的非正弦振动波形同步输出到电机驱动器；③非正弦信号经电机驱动器放大后，转化为足以驱动大功率数字电机的大功率数字脉冲电流，此电流经过整形后发送到数字电机；④数字伺服缸在数字电机驱动下，推动推杆使结晶器做直线往复运动；⑤结晶器在数字伺服缸的作用下按预先设定的波形作上下振动，完成振动全过程。

2.2 系统电气接口

模拟量信号交接时，输入信号自己加隔离器，信号都采用标准的4～20 mA。开关量的交接都采用无源接点。

引入的模拟量信号：拉速采样（4～20 mA）；送出的模拟量信号：振频输出（由以太网实现）；送出的模拟量信号：电机电流输出（由以太网实现）。

来自连铸机本体的中间继电器的干触点信号有准备、浇铸、送引锭三种操作状态。在准备状态下，可以根据启动/停止信号来单机控制结晶器的振动；在浇铸状态下，根据拉钢启动/停止信号来控制结晶器的振动（结晶器的振动频率在有拉速时根据拉速计算的频率启振，无拉速时可以根据预振频率启振或不预振）；在送引锭状态下结晶器不能振动。

来自连铸机本体的中间继电器的信号（由连铸PLC提供干触点信号）包括拉钢启动信号、拉钢停止信号、手动启动信号和手动停止信号。

送出的开关量信号（继电器隔离）包括系统故障和振动已启动。上述信号在调试时可能会有所调整，但必须满足连铸机的需要。

3 数字伺服缸

数字伺服缸是整个振动系统的核心装置，通过摇臂带动结晶器振动。数字伺服缸由数字式伺服电机、液压滑阀、传感器和推杆组成，通过接收数字脉冲的个数来控制伺服电机的偏转角度，使推杆产生直线位移，由此带动结晶器的升降或水平移动。数字伺服电动缸结构简单、响应速度快，所有功能都能通过数字缸控制器或PLC来完成，并且控制精度高，无轴向间隙。安装方便，不需要安装液压油管，节省空间和时间，抗高温，抗振动，能够适应冶金工业的高热、高粉尘的生产环境。

数字伺服缸由上下支撑轴固定，下支撑轴固定在振动台固定架上保持不动，上支撑轴固定在振动台的振动架上做弧线运动。虽然内外弧伺服缸所处的位置不同，导致运动半径不一样，振动幅度也不一样，但由于它们的振动频率和相位都一样，所以很容易实现同步上下运动。

4 结束语

连铸技术的核心是结晶器，而结晶器最主要的技术是结晶器振动。尽管各种板坯、方坯等所采用的结晶器形状、构造不太一样，但是所采用的结晶器振动技术越来越趋于一致，即都采用了这种高频率、小振幅的非正弦振动控制系统。采用了这种控制技术后明显地改善了结晶器的润滑条件，减小了坯壳表面振痕深度，提高了钢坯的表面质量和成材率，进而提高连铸机的效率，增加了产量，减少了漏钢事故的发生。

参考文献

[1]李好文，闫海宁，刘和兴，等.连铸结晶器非正弦振动系统神经元控制研究[J].钢铁，2010（45）：36.

[2]杨树成.数字伺服技术在板坯连铸机振动系统中的应用[J].酒钢科技，2012（03）.

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：非正弦振动控制是近年来连铸控制系统广泛采用的一种结晶器振动控制方式。其负滑动时间与正滑动时间不同：前者较短，能减轻铸坯表面的振痕深度；后者较长，有利于结晶器的润滑。非正弦技术的引用，减少了正弦控制系统的弊端，突出了波形调节的能力，同时也减少了粘连性漏钢事故的发生。系统按照工艺要求完全由计算机软件产生控制结晶器振动的非正弦波形曲线，结合实际拉速非常精确地控制结晶器上下振幅，使振动波形保持精确的频率，正、负滑脱时间等，最终得到满足生产工艺需求的结晶器振动曲线。

关键词：非正弦振动；连铸技术；结晶器；数字缸控制器

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0079-02

在结晶器振动过程中，为了得到精确、可控的振动波形，国丰一炼钢的1#矩形坯在改造后采用了镭目公司的非正弦振动控制系统，该系统完全通过PLC进行控制。PLC将输出信号传送到多轴同步控制器，同步控制器对数字伺服电动缸进行同步控制。数字伺服电动缸能够非常准确地控制运动精度（1 048 576个脉 冲/10 mm），并且具有非常快的响应速度（500 μs），能够严格按照预先设定的工艺参数经计算机产生非正弦波形来驱动结晶器振动，实现结晶器的非正弦振动。

1 工艺分析

在结晶器振动系统中有上行速度、下行速度、上行时间、下行时间之分，分别用VP，VN，TP，TN表示。上行速度VP较小时，结晶器铜板与坯壳之间的摩擦阻力减小，新生坯壳所承受的拉力降低；上行时间TP较大时，结晶器保护渣的消耗量增大，能够有效改善润滑效果；下行速度VN和下行时间TN较大时，使新生坯壳产生较大的压应力，更有利于强制脱模。此外，系统加速度a较小时，能够降低系统所受到的冲击，保持系统稳定，提高系统的可靠性和使用寿命。波形偏斜率P=（上升时间-下降时间）/周期。以下图1是非正弦偏斜率P=0.2的振动波形。

图1具备了非正弦振动控制系统的全部特点，即曲线连续、光滑，无突变，不会产生较大的瞬时加速度，因此，结晶器受到的刚性冲击小。

2 电气控制系统说明

2.1 电气控制系统工作流程

电气控制系统的工作流程有以下几步：①计算机根据工艺要求经过模型计算产生当前炉次所需要的非正弦波形，该波形经过数字化后，传送到PLC控制系统；②系统对振动数字伺服电机的输出值与时间生产拉速信号采样后进行反馈计算，经PLC、运动控制器处理后，将这种修正后的非正弦振动波形同步输出到电机驱动器；③非正弦信号经电机驱动器放大后，转化为足以驱动大功率数字电机的大功率数字脉冲电流，此电流经过整形后发送到数字电机；④数字伺服缸在数字电机驱动下，推动推杆使结晶器做直线往复运动；⑤结晶器在数字伺服缸的作用下按预先设定的波形作上下振动，完成振动全过程。

2.2 系统电气接口

模拟量信号交接时，输入信号自己加隔离器，信号都采用标准的4～20 mA。开关量的交接都采用无源接点。

引入的模拟量信号：拉速采样（4～20 mA）；送出的模拟量信号：振频输出（由以太网实现）；送出的模拟量信号：电机电流输出（由以太网实现）。

来自连铸机本体的中间继电器的干触点信号有准备、浇铸、送引锭三种操作状态。在准备状态下，可以根据启动/停止信号来单机控制结晶器的振动；在浇铸状态下，根据拉钢启动/停止信号来控制结晶器的振动（结晶器的振动频率在有拉速时根据拉速计算的频率启振，无拉速时可以根据预振频率启振或不预振）；在送引锭状态下结晶器不能振动。

来自连铸机本体的中间继电器的信号（由连铸PLC提供干触点信号）包括拉钢启动信号、拉钢停止信号、手动启动信号和手动停止信号。

送出的开关量信号（继电器隔离）包括系统故障和振动已启动。上述信号在调试时可能会有所调整，但必须满足连铸机的需要。

3 数字伺服缸

数字伺服缸是整个振动系统的核心装置，通过摇臂带动结晶器振动。数字伺服缸由数字式伺服电机、液压滑阀、传感器和推杆组成，通过接收数字脉冲的个数来控制伺服电机的偏转角度，使推杆产生直线位移，由此带动结晶器的升降或水平移动。数字伺服电动缸结构简单、响应速度快，所有功能都能通过数字缸控制器或PLC来完成，并且控制精度高，无轴向间隙。安装方便，不需要安装液压油管，节省空间和时间，抗高温，抗振动，能够适应冶金工业的高热、高粉尘的生产环境。

数字伺服缸由上下支撑轴固定，下支撑轴固定在振动台固定架上保持不动，上支撑轴固定在振动台的振动架上做弧线运动。虽然内外弧伺服缸所处的位置不同，导致运动半径不一样，振动幅度也不一样，但由于它们的振动频率和相位都一样，所以很容易实现同步上下运动。

4 结束语

连铸技术的核心是结晶器，而结晶器最主要的技术是结晶器振动。尽管各种板坯、方坯等所采用的结晶器形状、构造不太一样，但是所采用的结晶器振动技术越来越趋于一致，即都采用了这种高频率、小振幅的非正弦振动控制系统。采用了这种控制技术后明显地改善了结晶器的润滑条件，减小了坯壳表面振痕深度，提高了钢坯的表面质量和成材率，进而提高连铸机的效率，增加了产量，减少了漏钢事故的发生。

参考文献

[1]李好文，闫海宁，刘和兴，等.连铸结晶器非正弦振动系统神经元控制研究[J].钢铁，2010（45）：36.

[2]杨树成.数字伺服技术在板坯连铸机振动系统中的应用[J].酒钢科技，2012（03）.

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：非正弦振动控制是近年来连铸控制系统广泛采用的一种结晶器振动控制方式。其负滑动时间与正滑动时间不同：前者较短，能减轻铸坯表面的振痕深度；后者较长，有利于结晶器的润滑。非正弦技术的引用，减少了正弦控制系统的弊端，突出了波形调节的能力，同时也减少了粘连性漏钢事故的发生。系统按照工艺要求完全由计算机软件产生控制结晶器振动的非正弦波形曲线，结合实际拉速非常精确地控制结晶器上下振幅，使振动波形保持精确的频率，正、负滑脱时间等，最终得到满足生产工艺需求的结晶器振动曲线。

关键词：非正弦振动；连铸技术；结晶器；数字缸控制器

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0079-02

在结晶器振动过程中，为了得到精确、可控的振动波形，国丰一炼钢的1#矩形坯在改造后采用了镭目公司的非正弦振动控制系统，该系统完全通过PLC进行控制。PLC将输出信号传送到多轴同步控制器，同步控制器对数字伺服电动缸进行同步控制。数字伺服电动缸能够非常准确地控制运动精度（1 048 576个脉 冲/10 mm），并且具有非常快的响应速度（500 μs），能够严格按照预先设定的工艺参数经计算机产生非正弦波形来驱动结晶器振动，实现结晶器的非正弦振动。

1 工艺分析

在结晶器振动系统中有上行速度、下行速度、上行时间、下行时间之分，分别用VP，VN，TP，TN表示。上行速度VP较小时，结晶器铜板与坯壳之间的摩擦阻力减小，新生坯壳所承受的拉力降低；上行时间TP较大时，结晶器保护渣的消耗量增大，能够有效改善润滑效果；下行速度VN和下行时间TN较大时，使新生坯壳产生较大的压应力，更有利于强制脱模。此外，系统加速度a较小时，能够降低系统所受到的冲击，保持系统稳定，提高系统的可靠性和使用寿命。波形偏斜率P=（上升时间-下降时间）/周期。以下图1是非正弦偏斜率P=0.2的振动波形。

图1具备了非正弦振动控制系统的全部特点，即曲线连续、光滑，无突变，不会产生较大的瞬时加速度，因此，结晶器受到的刚性冲击小。

2 电气控制系统说明

2.1 电气控制系统工作流程

电气控制系统的工作流程有以下几步：①计算机根据工艺要求经过模型计算产生当前炉次所需要的非正弦波形，该波形经过数字化后，传送到PLC控制系统；②系统对振动数字伺服电机的输出值与时间生产拉速信号采样后进行反馈计算，经PLC、运动控制器处理后，将这种修正后的非正弦振动波形同步输出到电机驱动器；③非正弦信号经电机驱动器放大后，转化为足以驱动大功率数字电机的大功率数字脉冲电流，此电流经过整形后发送到数字电机；④数字伺服缸在数字电机驱动下，推动推杆使结晶器做直线往复运动；⑤结晶器在数字伺服缸的作用下按预先设定的波形作上下振动，完成振动全过程。

2.2 系统电气接口

模拟量信号交接时，输入信号自己加隔离器，信号都采用标准的4～20 mA。开关量的交接都采用无源接点。

引入的模拟量信号：拉速采样（4～20 mA）；送出的模拟量信号：振频输出（由以太网实现）；送出的模拟量信号：电机电流输出（由以太网实现）。

来自连铸机本体的中间继电器的干触点信号有准备、浇铸、送引锭三种操作状态。在准备状态下，可以根据启动/停止信号来单机控制结晶器的振动；在浇铸状态下，根据拉钢启动/停止信号来控制结晶器的振动（结晶器的振动频率在有拉速时根据拉速计算的频率启振，无拉速时可以根据预振频率启振或不预振）；在送引锭状态下结晶器不能振动。

来自连铸机本体的中间继电器的信号（由连铸PLC提供干触点信号）包括拉钢启动信号、拉钢停止信号、手动启动信号和手动停止信号。

送出的开关量信号（继电器隔离）包括系统故障和振动已启动。上述信号在调试时可能会有所调整，但必须满足连铸机的需要。

3 数字伺服缸

数字伺服缸是整个振动系统的核心装置，通过摇臂带动结晶器振动。数字伺服缸由数字式伺服电机、液压滑阀、传感器和推杆组成，通过接收数字脉冲的个数来控制伺服电机的偏转角度，使推杆产生直线位移，由此带动结晶器的升降或水平移动。数字伺服电动缸结构简单、响应速度快，所有功能都能通过数字缸控制器或PLC来完成，并且控制精度高，无轴向间隙。安装方便，不需要安装液压油管，节省空间和时间，抗高温，抗振动，能够适应冶金工业的高热、高粉尘的生产环境。

数字伺服缸由上下支撑轴固定，下支撑轴固定在振动台固定架上保持不动，上支撑轴固定在振动台的振动架上做弧线运动。虽然内外弧伺服缸所处的位置不同，导致运动半径不一样，振动幅度也不一样，但由于它们的振动频率和相位都一样，所以很容易实现同步上下运动。

4 结束语

连铸技术的核心是结晶器，而结晶器最主要的技术是结晶器振动。尽管各种板坯、方坯等所采用的结晶器形状、构造不太一样，但是所采用的结晶器振动技术越来越趋于一致，即都采用了这种高频率、小振幅的非正弦振动控制系统。采用了这种控制技术后明显地改善了结晶器的润滑条件，减小了坯壳表面振痕深度，提高了钢坯的表面质量和成材率，进而提高连铸机的效率，增加了产量，减少了漏钢事故的发生。

参考文献

[1]李好文，闫海宁，刘和兴，等.连铸结晶器非正弦振动系统神经元控制研究[J].钢铁，2010（45）：36.

[2]杨树成.数字伺服技术在板坯连铸机振动系统中的应用[J].酒钢科技，2012（03）.

〔编辑：刘晓芳〕