液压伺服驱动连铸结晶器振动控制系统的设计.doc

液压伺服驱动连铸结晶器振动控制系统的设计 方一鸣 焦晓红 庄开宇 李宪奎 摘要 介绍液压伺服驱动的连铸结晶器振动计算机控制系统及其控制软件。与传统的结晶器振动控制装置相比，该系统能够根据连铸工艺要求方便地选择振动波形正弦波或非正弦波，并能在线改变振动频率和幅值等参数。工业实验研究结果表明，所述的计算机控制系统闭环频宽可达10Hz，能够满足连铸生产的要求。 关键词 液压伺服系统 连铸结晶器 振动控制 计算机控制系统 Design of control system for continuous casting mold oscillation driven by hydraulic servo Fang Yiming Jiao Xiaohong Zhuang Kaiyu Institute of Electric Engineering, Yanshan University Qinhuangdao 066004 Li Xiankui Institute of Mechanical Engineering, Yanshan University Abstract The computer control system and its software are introduced for continuous casting mold oscillation driven by hydraulic servo. Compared with traditional mold oscillation device, this system can conveniently change oscillation wavesine wave or non sine waveand alter in line oscillatory frequency and magnitude according to the continuous casting technological requirements. Industrial experiment results show that the close loop bandwidth of this control system can attain to 10 Hz, which completely meets the needs of continuous casting production. Key words hydraulic servo system; continuous casting mold; oscillation control; computer control system 连铸是指使钢水连续不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却全部凝固后，切成坯料的铸造工艺。如何控制结晶器按给定波形规律振动是连铸生产过程的关键技术之一。迄今，我国工业中仍广泛使用直流电机或交流变频电机通过偏心轮驱动双摇杆机构实现的结晶器振动，其振动方式几乎都是正弦的[1]；而国外采用的电液伺服驱动连铸机结晶器非正弦振动装置的工业试验结果表明，采用连铸结晶器非正弦振动，能够有效地减少铸坯与结晶器间的摩擦力，从而减少铸坯振痕、提高铸坯质量和金属收得率[2～3]。为此，我校于1995年申报并承担了国家“九五”科技攻关计划“结晶器非正弦振动及控制的研究”的科研课题[4]。该课题开发研制的电液伺服驱动连铸机结晶器振动计算机控制系统装置，可以方便地实现非正弦或正弦振动，并能在线修改非正弦或正弦振动方式及振动频率和幅值等参数，实现控制过程的平稳过渡和实时显示。 1 系统总体结构和工作原理 液压伺服驱动连铸结晶器振动计算机控制系统的总体结构如图1所示。 图1 控制系统的总体结构图 系统包括计算机和模拟量控制两大部分。计算机部分主要包括人机接口界面的设计和实现非正弦或正弦振动给定波形输出等功能。人机接口主要有人工零位、实验准备、振动开始、停止振动、退出等5个基本功能模块，如图2所示。人工零位将伺服阀控制的液压缸的初始位置控制到中位，并将此时的实际位置定为零；实验准备主要提供正弦或非正弦振动曲线的选择、初始振动频率和幅值等参数的输入，实验准备完毕后计算机自动将振动曲线显示在屏幕上，以供使用者参考并决定是否采用这种振动波形。此时若选择“振动开始”，则计算机将所选择的振动波形精确输出，作为位置闭环控制系统的给定。 图2 计算机人机接口画面示意图 2 系统硬件组成和软件设计 计算机控制系统主机采用Intel80586/166MHz工业控制计算机，配有HY6050光电隔离D/A板10V输出和HY6040光电隔离A/D板10V输入等外设接口板。 程序设计采用模块化结构，利用C语言和汇编语言，结合汉字技术设计而成，主要包括实时监控显示主程序和定时中断服务程序[5]，及功能键/数字键处理子程序、正弦/非正弦函数计算子程序、D/A输出子程序、A/D采样子程序等。 实时监控显示主程序如图3所示，主要完成人机接口、给定振动波形和实测振动波形、振动频率和幅值的实时显示等功能。 图3 实时监控显示主程序框图 定时中断服务程序如图4所示，主要完成正弦、非正弦振动曲线的计算，D/A输出，A/D采样等功能。 图4 定时中断服务程序框图 3 实验结果 在我校实验室的液压伺服驱动连铸结晶器振动模拟装置上，对所设计的液压伺服驱动连铸结晶器振动计算机控制系统进行了非正弦振动实验研究。实验时液压缸和位置传感器的最大行程为25mm，正常的最大工作范围为15mm，对应的A/D、D/A电压值为10V，振动频率f的最大工作范围接近600次/min，图5为f300次/min时计算机实测的一组结晶器振动实际位置、速度曲线和给定曲线的比较图。 图5实际位置、速度输出曲线与给定波形的比较 a位置给定与实测曲线的比较；b速度给定与实 测曲线的比较；hgt位置给定；hft实测位置； Vgt速度给定；Vft实测速度 实验结果表明1利用C语言和汇编语言，结合汉字技术设计的人机接口界面良好，其功能完备，完全能满足实际生产工艺要求；2计算机程序设计采用模块化结构，其设计合理，整个计算机控制系统工作稳定可靠；3位置闭环系统频宽达10Hz，振动幅值可达15mm；振幅最大控制误差不超过2％振动频率为500次/min以下时；实际振动频率与设定值的最大误差不超过2％。 4 结束语 本文所述的液压伺服驱动连铸结晶器振动计算机控制系统，在燕山大学完成实验室研究工作后，对上述软件稍作修改，已于1998年12月中旬在河北省新兴铸管有限公司完成了我国首次非正弦振动的工业试验，现场试验一次成功。应用结果表明，采用液压伺服驱动的连铸结晶器非正弦振动，有效地减少了铸坯振痕，提高了铸坯质量；该计算机控制系统设计合理、工作可靠，已取得了明显的社会效益，其经济效益有待现场进一步的生产和统计数据，效果必将是显著的。 编辑魏方 方一鸣 男 1965年生 副教授主要从事计算机实时控制、冶金自动化过程控制、自校正控制等理论和应用研究工作。 方一鸣（燕山大学电气工程学院秦皇岛066004） 焦晓红（燕山大学电气工程学院秦皇岛066004） 庄开宇（燕山大学电气工程学院秦皇岛066004） 李宪奎（燕山大学机械工程学院） 参考文献 ［1］李宪奎，乔长锁，许学山，等.连铸结晶器正弦振动参数的研究.钢铁，1992，27920～23 ［2］陈栋梁，杨文改，干勇，等.连铸结晶器电液伺服振动系统的研究开发.钢铁，1997，增刊705～707 ［3］李运华，王占林，陈栋梁，等.连铸机结晶器电液伺服振动波形系统的开发研制.机床与液压，1998，34～6 ［4］李宪奎，张德明，曾宪武.结晶器非正弦振动的研究.钢铁，1998，331126～29 ［5］方一鸣，王洪瑞，赵现朝，等.STD工控机在可逆冷轧机厚控系统中的应用.冶金自动化，1998，22416～18