[发明专利]伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动集散控制系统

说明书

技术领域

本发明属于连续铸造领域，具体涉及一种伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动集散控制系统。

背景技术

连铸结晶器非正弦振动对提高拉坯速度、改善铸坯质量等具有明显效果，已被国内外连铸工作者确认为发展高效连铸的关键技术之一。

目前，在工业中应用的连铸结晶器非正弦振动装置主要分为液压驱动、机械驱动、伺服电动缸驱动三种方式，以及一种较先进的伺服电机驱动方式。国内外主要采用电液伺服驱动方式，但是存在伺服油缸易出现漏油、伺服阀存在零飘等缺点，并且系统复杂、投资大、维护困难。国内还开发了几种机械驱动(如普通交流电机通过椭圆齿轮驱动)的非正弦振动装置，但是具有传动系统复杂、占用空间大、控制精度低等缺点。另外，还有伺服电动缸驱动的非正弦振动装置，存在伺服电机频繁的正反转，四个伺服缸同步控制困难等不足。

伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动发生装置克服了上述驱动装置的不足，其通过控制伺服电机单方向、变角速度连续转动，并经过减速器、偏心轴、连杆机构及连铸结晶器振动台，实现连铸结晶器非正弦振动，具有传动系统简化、结构紧凑，承载能力大，便于维护、节能降耗等优点。该装置可实现原来电液伺服驱动的连铸结晶器非正弦振动装置的几乎全部功能，如非正弦或正弦波形的在线给定和切换，频率、波形偏斜率随拉坯速度变化的在线自动调节。

但是，现有的伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统通常是一个集中控制系统，其采用一个高性能、价格较贵的可编程控制器作为控制核心，控制多流连铸结晶器实现非正弦振动，若高性能可编程控制器中某一模块出现故障，将导致所有连铸流停止工作，因此，整个集中控制系统存在一定的安全风险。例如：2016年《冶金自动化》杂志第40卷第6期P12-18刊登了“伺服电动机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统”一文，文章公开了一个高性能PLC+FM458控制系统通过控制8个S120，进而控制8个伺服电机驱动8流连铸结晶器实现非正弦振动，PLC+FM458控制系统中某一模块一旦出现故障，将影响所有流的连铸生产；并且，此系统的控制部分包括PLC+FM458和驱动控制S120中的伺服控制器CU320三个部分，其中S7-400PLC+FM458价格较贵。因此，此集中控制系统虽然具有控制精度高、响应速度快和稳定性好的优点，但存在一定的安全风险、以及成本较高、结构较复杂的不足。

发明内容

针对现有的伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动集中控制系统存在的不足，本发明提供一种伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动集散控制系统。

本发明所采取的技术方案如下：

一种伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动集散控制系统，包括上位计算机监控系统、n流连铸结晶器非正弦振动控制系统，上位计算机监控系统与n流连铸结晶器非正弦振动控制系统通过工业以太网相连，构成整个集散控制系统，对所有流的连铸结晶器非正弦振动情况进行实时监控，每一流连铸结晶器非正弦振动控制系统均包括运动控制器、伺服驱动器、伺服电机、减速器、驱动机构及连铸结晶器振动台、连铸结晶器、检测连铸结晶器振动位移的位移传感器、传感器接口模块、拉坯速度扩展输入系统；其中，上位计算机监控系统与n流连铸结晶器非正弦振动系统的运动控制器通过工业以太网相连，运动控制器的输出控制端与伺服驱动器的输入控制端相连，伺服驱动器的输出端接到伺服电机的电源输入端，伺服电机的内部编码器与运动控制器的输入端相连，位移传感器通过传感器接口模块将连铸结晶器振动位移反馈到运动控制器，每一连铸流的实际拉坯速度通过拉坯速度扩展输入系统与运动控制器相连；各流连铸结晶器的非正弦振动由各自的运动控制器单独控制，各连铸流之间相互独立、互不干扰；每一流的运动控制器根据采集的拉坯速度，计算不同拉坯速度对应的连铸结晶器振动频率、波形偏斜率参数，得到连铸结晶器非正弦振动曲线对应的伺服电机期望转速值，并通过伺服驱动器控制伺服电机按期望转速运行，进而驱动连铸结晶器实现非正弦振动。

优选的，所述的运动控制器为西门子Simotion运动控制器、德国KEB运动控制器、ABB运动控制器、三菱运动控制器、施耐德运动控制器、罗克韦尔运动控制器、贝加莱运动控制器、台达运动控制器中的任意一种，并且其为伺服电机运动控制器。

优选的，所述拉坯速度扩展输入系统包括电源模块、通讯模块、模拟量输入模块，各模块之间通过背板总线通讯，每一连铸流的实际拉坯速度信号通过模拟量输入模块采集，经通讯模块以及现场总线传送给运动控制器。

优选的，所述的n取值范围为1～8，n为整数。