产品描述
西门子模块6ES7277-0AA22-0XA0技术参数
针对传统的电动机驱动偏心凸轮式结晶器振动台架所存在的缺点，开发研制了一种新型的基于电液伺服技术的自振式结晶器及其控制系统。贝加莱的PP41是一款集成了高性能PLC与数字量 I/O功能的显示单元，本文介绍了以它为核心搭建的连铸电液伺服自振式结晶器控制系统的构成，以及控制程序和监控画面设计。应用实践表明，该工艺了铸坯质量并大大提高了拉坯速度。
关键词：连铸机；电液伺服；自振式结晶器； PP41显示控制器；应用程序
引言
PP41是贝加莱（B&R）公司生产的一款紧凑型智能化PowerPanel产品，它是集成了高性能PLC与数字量 I/O的显示单元，并且提供了文本显示与QVGA高分辨率图形显示功能，因而具有较高的性价比。由于B&R公司提供了Automation Studio一体化集成软件开发平台，与PCC（可编程计算机控制器）一样，PP41同样也可采用该集成软件平台的编程软件来进行应用程序开发。它采用Runtime实时操作系统并基于分时多任务设计理念，所以非常适宜应用在对实时性要求很高的控制系统中。钢铁厂的连铸机电液伺服自振式结晶器对其控制系统在快速性和实时性方面有较高的要求，以满足对结晶器运动规律的精确控制，从而生产出高质量的铸坯。
1 工艺简介
采用电液伺服驱动技术的自振式结晶器主要适用于小方坯连铸机，它通常包括结晶器本体、液压系统和电控系统三大部分，采用紧凑式结构设计将结晶器、M-EMS（结晶器电磁搅拌）线圈、结晶器振动台架融为一体，兼具这三项功能。为了满足连铸工艺在跟踪非正弦给定振动波形方面的要求，采用了基于智能控制的基本思想对一些控制方法进行了改进，有效地抑制了非对称负载造成的静差并提高了系统的相频宽。通过在多台小方坯连铸机上的试验与应用，充分体现了该工艺的优越性。对铸坯的内部质量、外部质量均有显著的改善并大大提高了拉坯速度。
2 电液伺服系统与伺服油缸[3]
电液伺服系统属于随动系统的一种，在这种系统中，输出量 (机械位移、速度或力) 能够自动、快速而准确地复现输入量的变化规律，同时也起到信号的功率放大作用。由电信号控制液压驱动装置作为动力所构成的伺服系统叫电液伺服系统，它是一个控制能源输出的装置，在其中输入量与输出量之间自动而连续地保持一定的比例关系。
电液伺服系统由以下*基本的部分组成：即偏差器、转换放大装置(包括能源)、执行机构和控制对象。
电液伺服系统与其它类型的系统相比，具有如下的优点：
（1）液压元件的功率－重量比和力矩－惯量比较大、传递的力矩和功率很大。因此可以组成体积小、重量轻、加速能力强和快速动作的伺服系统，来控制大功率和大负荷。
（2）液压执行元件响应速度快，在伺服控制中采用校正装置可以使回路增益提高、频带加宽。液压执行机构传动平稳、抗干扰能力强。
（3）调速范围广，特别是低速运行状态下的控制性能好。能在给定范围内平稳地自动调节驱动速度，并可实现无极调速，调速范围*大可达1：2000(一般为1：100）。
（4）换向容易，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换。
（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命较长。
（6）操纵控制简便，自动化程度高；实现过载保护。
伺服油缸用于电液伺服系统，它是吸收液压泵的压力和流量，接收伺服阀的液压控制信号并放大转换成驱动负载运动的机械能的执行机构。它集成了伺服阀、功率放大器、内置位移或压力、速度、加速度等传感器，形成各种闭环控制系统并充分发挥了液压与电子两方面的技术优势，通过小信号来控制大功率和大惯量，且能实现高精度和高响应。它在工业控制领域的应用较为广泛，如航空航天、船舶、石油、化工、电厂、机车、冶金、机床、锻压、橡塑机械、轻工业等。
3 控制系统概述
电液伺服自振式结晶器是在较高拉坯速度下生产优质钢的先进设备，能有效地提高连铸机的性能和铸坯质量。与传统的电动机驱动偏心凸轮式结晶器振动台相比，电液伺服自振式结晶器具有以下优点：
（1） 传动重量轻且具有很高的运动精度。
（2） 振动冲程hsp、振动频率f、负滑脱率NSp、振动波形等参数可在线调整，并可实现非正弦振动规律。
（3） 运行参数可在线分析。具有事故预报警功能，降低连铸的事故率。
（4） 安装及维护方便，维护费用较低。
其控制系统框图如图1所示。该系统由PP41控制站、上位计算机、各类信号变送器（包括油压、拉速、位置和温度等）、伺服阀和作为振动执行机构的2台伺服油缸等组成。
图1 控制系统框图
其中PP41控制站是整个控制系统的核心，所有的输入、输出信号都是由它进行检测及处理判断的，整套PP41控制站包括以下部件：| 在过去几十年里，技术创新对制造业产生了巨大的影响。对许多制造商而言，工业自动化能够使其优化生产流程。然而有一些制造商或是费尽千辛万苦才能将新技术运用到生产中，或是根本无法充分利用控制系统所提供的便利。但是鉴于原材料、劳工及能源价格的不断上涨以及新监管政策的出台，实现效率*大化仍然是制造业的主要任务。在这篇文章中，tna集团负责控制领域的销售经理Chris Jones探讨了制造工厂流程效率低的主要原因，并为克服这些困难提出了行之有效的方法。 锁定低效问题 在加工业中，低效问题相当普遍，并且可能出现于生产周期的每一阶段。其中包括食品安全、材料损耗、能源浪费，甚至可能是由生产线严重失调所造成的。通常情况下，这些低效问题都未被发现或被忽略，而企业则要为此付出代价，其盈利能力及竞争能力都会受到明显影响。尽管技术可能无法解决生产流程中的所有低效问题，但它对发现这些问题却起到了至关重要的作用。控制系统，像可编程逻辑控制器 (PLC) 和监控与数据采集 (SA) 系统等，能够很容易地与现有生产线相集成，使生产线中效率*为低下的环节暴露无遗。它们还可用于定位技术来改善工作流程。一旦这些系统完成分析后，所得数据便可帮助工厂操作员确定*易发生低效问题的具体领域。 通过可追溯性确保食品安全 食品安全对所有制造商而言都至为重要，若想保证客户的忠诚度，就必须确保极高的质量标准。产品质量问题在原材料和成品中都会出现，它通常是由控制系统的*不当、过时或配置不佳所引起的。除了会造成巨额的成本，潜在客户的投诉也将会对企业的声誉构成威胁。随着FDA等监管部门为确保产品质量及安全推出更多“防范”机制，这类低效问题是很多生产基地需要迫切关注的问题之一。 通过提高整个生产链的可追溯性，操作员可重新掌控产品质量和食品安全。为了实现这一目的，应从尽可能多的生产流程中收集详细可靠的数据并进行全面评估，这一点至关重要。条形码扫描和在线监控系统可保证产品始终符合产品规格并遵循所有食品安全规范。使用追踪系统监控所有生产出的产品、控制现有库存、更新产品保质期，将有助于减少原料的浪费，准确计算库存并自始至终保证产品质量。 减少浪费 材料浪费不仅仅涉及原材料浪费。随着生产线自动化程度的提高，产品的加工速度也提升，但这也同时增加了损坏或损耗的机会 。材料浪费通常由设备控制错误或流程严重失调引起，这对于所有工厂经理而言都是个大问题，因为它会影响到整个生产周期。如果未能及时发觉，仅仅一处错误就能对大量产品造成损害，造成不必要的停工和过度浪费。 通过详细的用户需求标准 (URS)，控制系统供应商可帮助特定生产流程确定其所需的关键绩效指标 (KPI)。经分析之后，URS 将被转换为功能设计规范 (FDS)，用于加强流程管理。这样，生产流程就会变得更加顺畅、更加可靠，以便*大程度地减少浪费并避免生产停机。 |
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