1.概述
高效連鑄機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)連鑄機(jī)相比,以其高拉速、高作業(yè)率、高質(zhì)量的優(yōu)勢，近幾年在國內(nèi)得以較快的發(fā)展。我國小方坯高效連鑄機(jī)改造是“九五”科研攻關(guān)課題，幾年的實踐總結(jié)出許多的成功經(jīng)驗。150方鑄坯的拉速以達(dá)到3.0m/min,而且鑄坯質(zhì)量也有大幅提高,萊鋼現(xiàn)有三臺小方坯連鑄機(jī)經(jīng)過考察論證,對2#小方坯連鑄機(jī)實施高效改造。在結(jié)晶器振動和拉矯機(jī)驅(qū)動動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，由原設(shè)計的直流系統(tǒng)改造為交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。結(jié)合連鑄機(jī)結(jié)晶器振動和拉矯機(jī)的工藝特性，選用高性能、超低噪聲的FR—A240E變頻器。
2.FR—A240E變頻器特性
連鑄機(jī)結(jié)晶器振動裝置和拉矯機(jī)是連鑄機(jī)的主體設(shè)備，傳動控制水平要求高，由于原設(shè)計的直流調(diào)速系統(tǒng)的直流電機(jī)在環(huán)境惡劣條件下工作，其故障率和維修率均較高，直接影響連鑄機(jī)的生產(chǎn)作業(yè)率和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著交流變頻技術(shù)的日益完善，連鑄機(jī)結(jié)晶器振動裝置和拉矯機(jī)應(yīng)用變頻技術(shù)已是一種必然趨勢。因FR—A240E系列變頻器具有高的性能、超低噪聲等特性，在2#連鑄機(jī)高效改造中被選用，其與通用變頻器相比具有一下特點：
2.1 適用負(fù)荷的選擇
FR—A240E變頻器具有根據(jù)負(fù)荷特性選擇輸出特性（V/F），其適用于定力矩負(fù)荷，如輸送機(jī)、臺車等，也適用于升降機(jī)特性的負(fù)荷。其具有力矩提升功能，調(diào)整低頻區(qū)域電動機(jī)的力矩，使其輸出特性與負(fù)荷特性相配合，以使構(gòu)成的系統(tǒng)具有高的動態(tài)品質(zhì)特性。
2.2 磁通矢量控制
在需要大的啟動力矩或充分低速力矩的場合和負(fù)荷劇烈變化的負(fù)荷時,應(yīng)選擇其磁通控制功能。此功能啟動力矩可達(dá)到150%/1Hz，而在高速區(qū)矢量控制同樣可以弱磁運行，進(jìn)行恒功率調(diào)速，其速度力矩精度響應(yīng)頻率性能和指標(biāo)，可達(dá)到直流調(diào)速系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)。
2.3 瞬停后再啟動特性
系統(tǒng)的瞬停再啟動,對于在線狀態(tài)的傳動系統(tǒng)是一個極為重要的功能,由于在無磁場的情況下,選擇逐步上升曲線或瞬時速度來推定,其自由運行時間的設(shè)定,為適應(yīng)負(fù)荷的慣性(GD),力矩大小可以在0.1—5s的范圍內(nèi)調(diào)整，再啟動上升時間也是根據(jù)負(fù)荷的慣性、力矩大小在0.1—5s范圍內(nèi)調(diào)整，再啟動控制輸出電壓的上升時間。
2.4 超低噪聲特性
噪聲有從外部侵入使變頻器誤動的噪聲和變頻器輻射出使外圍設(shè)備誤動的噪聲,FR—A240E系列變頻器為使噪聲端子電壓降低，在根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)和電動機(jī)的共振頻率之間的關(guān)系，在需要的場合，可以改變載波頻率，降低PWM載波頻率時，由變頻器發(fā)出的噪聲和泄露電流會減少。
3.結(jié)晶器振動和拉矯機(jī)控制系統(tǒng)
2#連鑄機(jī)的控制系統(tǒng)由5臺西門子S7系列PLC構(gòu)成(每鑄流由一臺S7—PLC實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制,公用設(shè)備由一臺S7—PLC控制),采用PROFIBS—DF總線系統(tǒng)，通過通信模塊CP443—5實現(xiàn)編程器與MMI系統(tǒng)通信。鑄流的結(jié)晶器振動及拉矯機(jī)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)納入PLC系統(tǒng)，以實現(xiàn)連鑄機(jī)生產(chǎn)過程的自動控制。
3.1 結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)
由變頻器構(gòu)成的結(jié)晶器振動交流調(diào)速系統(tǒng),有兩種操作方式,一是在操作臺上手動操作,二是由PLC的全自動操作.在控制室的操作臺上實現(xiàn)手動、自動選擇,手動時可在操作臺上實現(xiàn)振動裝置的振動頻率(電動機(jī)速度)手動給定,在操作平臺的機(jī)旁控制箱上可以控制電動機(jī)的起停。這種方式是為檢修、調(diào)試設(shè)備時設(shè)置的，而連鑄機(jī)正常生產(chǎn)是選擇自動方式，此時振動電動機(jī)隨著拉矯機(jī)的起停而自動起停，結(jié)晶器的振動頻率是根據(jù)拉矯機(jī)速度線性變化，其線性關(guān)系有連鑄工藝給定。
3.2 拉矯機(jī)的控制系統(tǒng)
拉矯機(jī)控制系統(tǒng)主要擔(dān)負(fù)著拉矯機(jī)的送引錠、啟動、拉坯、停止的速度調(diào)節(jié)，拉矯一、二輥的壓下和抬起功能，其操作權(quán)在控制室的操作臺上，選擇手動只能實現(xiàn)拉矯機(jī)的點動操作，拉矯機(jī)以預(yù)先在變頻器上設(shè)定的速度值向上或向下慢速運行。而自動操作時，PLC根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)，實現(xiàn)拉矯機(jī)在送引錠時快速加速至額定轉(zhuǎn)速運行，在整個拉坯過程變頻器根據(jù)來自PLC的給定值，實現(xiàn)速度的自動調(diào)節(jié)，以保證其拉坯速度運行在工藝的給定參數(shù)值上，以此實現(xiàn)連鑄生產(chǎn)過程的全自動控制。
4.加減速參數(shù)的設(shè)定
拉矯機(jī)及結(jié)晶器振動系統(tǒng)一般要求快速啟動,如果tqg的值太大就不能滿足啟動速度的要求,就需要加大MD,這就是要求增加電動機(jī)的容量,變頻器的容量也相應(yīng)也要增大,若減速時間縮短,要在變頻器外部配置再生制動組件,使系統(tǒng)的性能價格比下降。故系統(tǒng)的加減速時間是系統(tǒng)的重要參數(shù)。
4.1 加速時間的設(shè)定
變頻器的加速時間是指系統(tǒng)的頻率從0上升到50Hz所需要的時間,即是電動機(jī)從零速上升到額定轉(zhuǎn)速的時間,電動機(jī)從零速升高到工作速度ng所需的時間tqg按下式計算:
tqg=GD2ng/375(MD－－-Mj)
式中.MD—電動機(jī)的加速力矩，計算時取值為(1.2—1.3)Me,Me 為電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)距;
Mj—負(fù)載的靜態(tài)阻轉(zhuǎn)距；
將tqg折算到從零速升到額定轉(zhuǎn)速neq的時間tqe
tqe=ned*tqg/ng
變頻器的軟啟動時間應(yīng)設(shè)定得比計算的tqe長些，如果設(shè)定得比tqe短，往往會因內(nèi)過電流而停止運行。
4.2 減速時間設(shè)定
減速時間也是指電動機(jī)的頻率變化從50Hz到零速的時間,即電動由額定轉(zhuǎn)速至零轉(zhuǎn)速的時間,電動機(jī)從工作轉(zhuǎn)速ng降至零速的時間可以有下式計算:
tzg=GD2ng/375(Mz+Mj)
式中:Mz—電動機(jī)的制動力矩，計算時取（0.2—0.3）Me;
將tzg折算到從額定轉(zhuǎn)速ned降至零速時間tze
tze=ned.tzg/ng
變頻器的軟制動時間設(shè)定要比tze長些,否則易出現(xiàn)直流制動過電壓而跳閘。
5.變頻器的抗干擾
由于變頻器采用PWM型逆變電路，使輸出含有較高的高次諧波，極易干擾控制電路工作，易發(fā)生電動機(jī)爬行，拉坯速度不穩(wěn)，直接影響鑄坯的產(chǎn)品質(zhì)量，為消除干擾應(yīng)采取以下措施；
5.1 在變頻器給定輸入信號與地之間接一電容器,用于將干擾信號濾掉;
5.2 控制電路采用雙絞屏蔽電纜,單端接地,中間不要設(shè)中轉(zhuǎn)端子,敷設(shè)時應(yīng)于電力電纜之間距離大于100mm,不可在同一槽內(nèi)與電力電纜交叉,如需交叉時應(yīng)取直角。
5.3電動機(jī)電源線應(yīng)采用4芯電纜,其中一根作為接地線與變頻器柜接地母性相連。
