[发明专利]一种圆坯连铸拉矫电机负荷动态分配控制系统及其控制方法

摘要

本发明涉及一种圆坯连铸拉矫电机负荷动态分配控制系统及其控制方法，包括工控机、作为主站的PLC控制器、作为从站的多台变频器、多台直流调速传动装置和多台圆坯连铸拉矫电机，所述工控机通过网络与PLC控制器相连，所述PLC控制器与多台变频器间通过现场总线相连接，所有变频器与所有直流调速传动装置进行一对一通信连接，所述直流调速传动装置与圆坯连铸拉矫电机进行一对一通信连接，进而对拉矫电机进行变频调速控制。系统结构简单，操作方便，易于实现，能有效降低变频器故障停机次数，减少了系统开停机时间，从而有效降低了结晶器液位波动并提高了连铸设备使用寿命和铸坯表面的质量。

主权项

1.一种圆坯连铸拉矫电机负荷动态分配及速度调节控制系统，其特征在于：包括工控机、作为主站的PLC控制器、作为从站的多台变频器、多台直流调速传动装置和多台圆坯连铸拉矫电机，所述工控机通过工业以太网网络与PLC控制器相连，所述PLC控制器与多台变频器间通过Profibus总线相连接，所有变频器与所有直流调速传动装置进行一对一通信连接，所述直流调速传动装置与圆坯连铸拉矫电机进行一对一通信连接，进而对拉矫电机进行变频调速控制，所述PLC控制器采用西门子SP7‑400系列PLC，所述变频器采用西门子s120系列矢量控制变频器，变频器对圆坯连铸拉矫电机进行带速度反馈的矢量控制模式，速度反馈采用脉冲编码器，所述PLC控制器包括电源模块、CPU、Profibus通讯模块、数字量信号输入模块和数字量信号输出模块，CPU采用c7‑626/dp，通过cp342‑5通讯模块与工业以太网通讯，同时通过Profibus‑dp接口与s120变频器通讯；PLC控制器通过Profibus总线从各变频器内读取圆坯连铸拉矫电机的转矩实际值，将每台拉矫电机变频器转矩实际值与所有工作状态下变频器的平均值进行比较，经过变换与限幅后输出一个修正后的速度偏差值，将这一偏差值与速度设定值相加作为总的速度给定值，再通过Profibus总线传输给变频器，参与调速过程；具体方法包括如下步骤：(1)建立所述动态负荷分配控制系统的模型，在系统模型中包括负载优化控制器、PID调节器、转速调节控制器、转矩模型、开关控制器、逆变器和磁链模型，其中负载优化控制器包括平均负载计算功能单元、偏差负载计算单元和速度修正计算单元，由负载优化控制器的输出作为变频器速度设定值的偏差参与控制；(2)检测圆坯连铸拉矫电机的铸坯速度，即拉矫电机的实际转速，根据生产设备的工艺参数，分析拉矫电机的实际转速与拉矫电机给定拉速之间的关系，确定拉矫电机的实际转速rpm与拉矫电机给定拉速之间的关系式如下：电机转速＝拉速/Km   (1)式中，Km是转换常数，且Km＝Krpm/K半径，Krpm＝矫直辊径*π/τ，K半径＝R/[R‑(Hmax+Hmin)/4]，电机转速的单位是rpm，拉速的单位是m/min，其中，Krpm为拉矫辊的机械特性；π为圆周率3.14，τ为齿轮箱啮合总减速比；K半径为针对由于内半径与外半径存在差异而导致的拉矫辊的位置补偿常数；R为铸机半径，在夹送辊处的铸机半径；Hmax为铸坯的最大直径；Hmin为板坯的最小直径；(3)在步骤(1)所建模型的基础上增加速度微调补偿，对报故障的变频器进行速度微调，所述速度微调补偿具体是设定在负载优化控制器和PID调节器之间，将负载优化控制器的输出值经过速度微调补偿后再作为变频器速度设定值的偏差量输入PID调节器中。