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1.概述
板坯連鑄機技術與傳統連鑄機相比,以其高拉速、高作業率、高質量的優勢，近幾年在國內得以較快的發展。我國板坯連鑄機應用始于20世紀90年代，在板坯連鑄機控制領域經過多年的實踐總結出許多的成功經驗。萊鋼4#板坯連鑄機是H型鋼生產的前道工序，其產品的產量和質量直接關系后道工序H型鋼產品的產量和質量。4#板坯連鑄機的結晶器振動和拉矯機驅動電動機采用交流變頻調速系統。結合4#板坯連鑄機結晶器振動和拉矯機的工藝特性，選用高性能、超低噪聲的1336IMPACT變頻器。
2.1336IMPACT變頻器特性
連鑄機結晶器振動裝置和拉矯機是連鑄機的主體設備，傳動控制水平要求高，也是直接影響連鑄機的生產作業率和產品質量。隨著交流變頻技術的日益完善，連鑄機結晶器振動裝置和拉矯機應用變頻技術已是一種必然趨勢。因1336IMPACT變頻器具有高的性能、超低噪聲等特性，具有分開獨立控制電動機的磁場和轉矩的已確認了的獨特的能力，使1336 IMPACT變頻器在零速時仍能產生滿轉矩。其與通用變頻器相比具有一下特點：
①采用FORCE技術，FORCE技術集中關注控制結果（即轉矩控制、磁通控制），并對電動機輸入端參數進行控制，以得到此結果。
②像直流電動機一樣，可獨立控制交流電動機的轉矩和磁通。
③在安全調速范圍內可直接控制轉矩，包括超過額定工作轉速的時刻。
④無需依賴復雜的電動機數學模型，可精確控制電動機的轉矩和磁通。
⑤減少了因沖擊負載或需要大的啟動轉矩等應用而引起的脫扣狀態。以提高速度和轉矩性能。
⑥獲專利的電流調節器，可實現轉矩的真正控制。
⑦簡便的驅動程序可保證快速啟動，并使用電動機銘牌上的參數快速地自整定速度和轉矩環。
⑧無編碼器的磁場定向控制。
⑨使用SCANport協議，為編程設備提供統一接口。
⑩內置過程微調控制器。
1336 IMPACT變頻器是為簡化安裝和操作而設計的。但它仍有較復雜的變頻器的特性。快速電動機整定步驟，讓操作者通過菜單一步步輸入簡單的電動機參數。而其余所需參數則可自動輸入。這樣就不需輸入復雜的電動機數據信息了。可組態的模擬器，數字量和各種通信模塊的控制方式，讓用戶有多種選擇。
使用了FORCE技術的1336 IMPACT變頻器，提供了某些要求很高的拖動應用所需的精確的電動機速度和轉矩控制，而通常這些應用多數只適宜使用直流調速器，FORCE技術是A-B獲專利的磁場定向控制方法，具有分開獨立控制電動機的磁場和轉矩的已確認了的獨特的能力，使1336 IMPACT變頻器在零速時仍能產生滿轉矩。FORCE技術，原本是為定做的拖動系統設計的，現在在一個單獨、緊湊、簡單易用的機箱內就能實現。
1336 IMPACT變頻器采用FORCE技術磁場定向控制專利技術，可獨立控制交流電動機的磁通量和轉矩電流來實現精確的轉矩和功率控制，FORCE技術采用了專利型的，寬頻的電流調節器技術，加上自適用的控制器，可以對電動機的磁通量和轉矩進行分離和控制，這就是FORCE技術與其它的矢量控制技術的根本區別。可獲得交流電動機的速度和轉矩的卓越控制性能。FORCE技術是使交流電動機真正獲得“類似直流調速”性能的世界最先進的變頻技術。
FORCE技術的無編碼反饋控制技術，使標準的交流電動機調速范圍提高到120：1。速度/轉矩性能的改進，使變頻器應用范圍更廣泛。并具有大啟動轉矩，因而能適用通常是由直流電動機控制的應用場合 。
3.結晶器振動和拉矯機控制系統
板坯連鑄機的控制系統由4臺AB公司PLC-5系列PLC構成(板坯連鑄機為3流，每鑄流由一臺PLC-5實現生產過程自動控制,公用設備由一臺PLC-5控制),采用DH-485數據鏈路，其具有如下功能：
①可支持32個設備的相互連接；多主機功能；令牌(TOKEN)傳遞訪問控制：不間斷可增加或刪除鏈路節點的功能：鏈路的最大長度為4000英尺
②DH-485數據鏈路以“菊花鏈”的形式將每臺PLC連接到各個鏈路藕合器，再通過鏈路藕合器與編程站聯系，控制系統鏈路連接方式如圖1所示。
3.1結晶器振動控制系統
由變頻器構成的結晶器振動交流調速系統,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手動、自動選擇,手動時可在操作臺上實現振動裝置的振動頻率(電動機速度)手動給定,在操作平臺的機旁控制箱上可以控制電動機的起停。這種方式是為檢修、調試設備時設置的，而連鑄機正常生產是選擇自動方式，此時振動電動機隨著拉矯機的起停而自動起停，結晶器的振動頻率是根據拉矯機速度線性變化，其線性關系有連鑄工藝給定。
3.2拉矯機的控制系統
拉矯機控制系統主要擔負著拉矯機的送引錠、啟動、拉坯、停止的速度調節，拉矯一、二輥的壓下和抬起功能，其操作權在控制室的操作臺上，選擇手動只能實現拉矯機的點動操作，拉矯機以預先在變頻器上設定的速度值向上或向下慢速運行。而自動操作時，PLC根據設定的工藝參數，實現拉矯機在送引錠時快速加速至額定轉速運行，在整個拉坯過程變頻器根據來自PLC的給定值，實現速度的自動調節，以保證其拉坯速度運行在工藝的給定參數值上，以此實現連鑄生產過程的全自動控制。
4.加減速參數的設定
拉矯機及結晶器振動系統一般要求快速啟動,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的容量,變頻器的容量也相應也要增大,若減速時間縮短,要在變頻器外部配置再生制動組件,使系統的性能價格比下降。故系統的加減速時間是系統的重要參數。
4.1加速時間的設定
變頻器的加速時間是指系統的頻率從0上升到50Hz所需要的時間,即是電動機從零速上升到額定轉速的時間,電動機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―電動機的加速力矩，計算時取值為(1.2～1.3)Me,Me 為電動機的額定轉距;
Mj―負載的靜態阻轉距；
將tqg折算到從零速升到額定轉速neq的時間tqe
tqe=ned×tqg/ng
變頻器的軟啟動時間應設定得比計算的tqe長些，如果設定得比tqe短，往往會因內過電流而停止運行。
4.2減速時間設定
減速時間也是指電動機的頻率變化從50Hz到零速的時間,即電動由額定轉速至零轉速的時間,電動機從工作轉速ng降至零速的時間可以有下式計算：
tzg=GD2ng/375(MZ+Mj)
式中：MZ―電動機的制動力矩，計算時取（0.2～0.3）Me；
將tzg折算到從額定轉速ned降至零速時間tze
tze=ned×tzg/ng
變頻器的軟制動時間設定要比tze長些,否則易出現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，易發生電動機爬行，拉坯速度不穩，直接影響鑄坯的產品質量。
5.1主要電磁干擾源及途徑
變頻調速系統產生干擾必須具備三個條件：干擾源、干擾通道、易受干擾設備。
①干擾源分為內部和外部。內部主要是裝置原理和產品質量等決定。外部主要由使用條件和環境因素決定，如工作電源直流回路受開關操作和天氣影響等而引起的浪涌電壓，強電場或強磁場以及電磁波輻射等。
②干擾通道有傳導耦合、公共阻抗耦合和電磁耦合三種。外部主要通過分布電容的電磁耦合傳到內部；內部則三種均有。
③由于設備采用的敏感元件的選用和結構布局等不盡合理，造成本身抗干擾能力差,對干擾加以抑制，降低其幅度，減少其影響力，這是從外部環境上加以改善。對電子設備的結構及內部元器件的布局進行優化設計是從電子設備內部對抗干擾性能的改善。
（1）主要電磁干擾源
電磁騷擾，稱電磁干擾(EMI)，是以外部噪聲和無用信號在接收中所造成的電磁騷擾，以路的傳導和以場的形式傳播。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波對同一電網的其它電子、電氣設備產生諧波干擾。另外變頻器的逆變器大多采用PWM技術，當工作于開關模式且作高速切換時，產生大量耦合性噪聲。因此變頻器對系統內其它的電子、電氣設備來說是一電磁干擾源。另一方面，電網中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網中存在大量諧波源如各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調整設備，非線性負載及照明設備等。這些負荷都使電網中的電壓、電流產生波形畸變，從而對電網中其它設備產生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網的干擾后若不加處理，電網噪聲就會通過電網電源電路干擾變頻器。供電電源的干擾對變頻器主要有①過壓、欠壓、瞬時掉電；②浪涌、跌落； ③尖峰電壓脈沖 ；④射頻干擾。其次，共模干擾通過變頻器的控制信號線也會干擾變頻器的正常工作。
（2）電磁干擾的途徑
變頻器能產生功率較大的諧波，由于功率較大，對系統其它設備干擾性較強，其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分傳導、電磁輻射、感應耦合。具體為:首先對周圍的電子、電氣設備產生電磁輻射;其次對直接驅動的電動機產生電磁噪聲，使得電機鐵耗和銅耗增加;并傳導干擾到電源，通過配電網絡傳導給系統其它設備;最后變頻器對相鄰的其它線路產生感應耦合，感應出干擾電壓或電流。同樣，系統內的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。
5.2抗電磁干擾的措施
據電磁性的基本原理，形成電磁干擾(EMI)須具備三要素:電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統。為防止干擾，可采用硬件抗干擾和軟件抗干擾。其中，硬件抗干擾是應用措施系統最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統的藕合通道、降低系統干擾信號的敏感性。具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。
（1）隔離
所謂干擾的隔離，是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使它們不發生電 的聯系。在變頻調速傳動系統中，通常是電源和放大器電路之間電源線上采用隔離變壓器以免傳導干擾，電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。
加大受擾電路、器件或裝置與干擾源之間的距離，是降低干擾的一種行之有效的措施，因為干擾與距離的平方成反比，距離增加一倍干擾則降低四倍，因此，周密完善地考慮器件或設備的布置及布線，并盡量增大干擾源與受擾電路之間的距離，將大大降低干擾的傳播，減少系統的故障率。在實際安裝布線時，應按其對干擾的靈敏度或按其本身功率的大小分門別類的進行處理，布置的順序是：低電平模擬信號，一般數字信號，交流控制裝置，直流動力裝置，交流動力裝置等。按照這樣的順序布置使其相互隔開，保持一定距離，但有時要求設備之間，裝置的各種布線之間保持一定距離，在安裝場合受到限制、設備要求體積小的情況下，這種要求往往很難得到滿足。因此，尚需考慮其他措施。
①使所有的信號線很好地絕緣，使其不可能漏電，這樣，防止由于接觸引入的干擾；
②將不同種類的信號線隔離鋪設（在不同一電纜槽中，或用隔板隔開），我們可以根據信號不同類型將其按抗噪聲干擾的能力分成幾等。
③模擬量信號（模人、摸出，特別是低電平的模人信號如熱電偶信號，熱電阻信號等）對高頻的脈沖信號的抗干擾能力是很差的。建議用屏蔽雙絞線連接，且這些信號線必須單獨占用電線管或電纜槽，不可與其它信號在同一電纜管（或槽）中走線。
④低電平的開關信號（一些狀態干結點信號），數據通信線路（RS232、EIA485等），對低頻的脈沖信號的抗干擾能力比上種信號要強，但建議最好采用屏蔽雙絞線（至少用雙絞線）連接。此類信號也要單獨走線，不可和動力線和大負載信號線在一起平行走線。
⑤高電平（或大電流）的開關量的輸入輸出、CATV、電話線，以及其它繼電器輸入輸出信號，這類信號的抗干擾能力又強于以上兩種，但這些信號會干擾別的信號，因此建議用雙絞線連接，也單獨走電纜管或電纜槽。
動力線AC 220V、380V，以及大通斷能力的斷路器、開關信號線等，這些線的電纜選擇主要不是依抗干擾能力，而是由電流負載和耐壓等級決定。
以上說明，同一類信號可能放在一條電纜管或槽中，相近種類信號如果必須在同一電纜槽中走線，則一定要用金屬隔板將它們隔開。
還有一種隔離是將信號源同變頻器在電氣上進行隔離，這樣，會大大地減小共模干擾對變頻控制系統造成的危害。采用隔離放大器將信號的輸入端子與變頻器部分完全隔離（有的系統中采用隔離變壓器，或繼電器等方式隔離，對開關量則可以采用光電器件，或繼電器進行隔離）。
（2）屏蔽
電子設備中某些元器件或電路中有電流流過時，其周圍空間將建立磁場；同時，電路某一部分所存儲的電荷，又在其周圍建立磁場；電能與磁場的相互急劇轉化將形成電磁干擾，這種電場與磁場，對設備本身來講屬于內生干擾，降低了設備的抗擾容限。嚴重時會使設備經常發生故障。又如電焊機進行焊接時，高頻加熱爐投入運行時，以及大型用電設備的突然起停等都將對自動化裝置產生干擾，這些屬于外生干擾。為了將產生的電場或磁場限制在某一規定的空間范圍內，或為了使設備或元器件不受外部電磁場的影響，常常采用隔離屏蔽措施，其方法是將有關電路、元器件、或設備安裝在銅、鋁等低電阻材料或是磁性材料制成的屏蔽物內，不使電場和磁場穿透這些屏蔽物。
屏蔽就是用金屬導體，把被屏蔽的元件，組合件，電話線，信號線包圍起來。這種方法對電容性耦合噪聲抑制效果很好。最常見的就是用屏蔽雙絞線連接模擬信號。
以上說的電氣屏蔽，但在很多場合下，信號除了受電噪聲干擾以外，主要還受到強交變磁場的影響，如電站，冶煉廠重型機械廠等，那么，我們除了要考慮電氣屏蔽以外，還要考慮磁屏蔽，即考慮用鐵、鎳等導磁性能好的導體進行屏蔽。
采用雙絞線代替兩根平行導線是抑制磁場干擾的有效辦法。原理是每個小絞紐環中會通過交變的磁通，而這些變化磁通會在周圍的導體中產生電動勢，它由電磁通感應定律決定，相鄰絞紐環中在同一導體上產生的電動勢方向相反，相互抵消，這對電磁干擾起到較好的抑制作用。
屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏;輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短(一般為20m以內)，且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路的輸入和輸出線及控制線(AC220V)完全分離，決不能放于同一配管或線槽內，周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。
（3）濾波
當系統的抗干擾能力要求較高時，為減少對電源的干擾，在電源輸入端可加裝電源濾波器。為抑制變頻器輸入側的諧波電流，改善功率因素，可在變頻器輸入端加裝交流電抗器，選用與否可視電源變壓器與變頻器容量的匹配情況及電網允許的畸變程度而定，一般情況下采用為好。為改善變頻器輸出電流，減少電機噪聲，可在變頻器輸出端加裝交流電抗器。在系統線路中設置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導干擾到電源從電動機。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側可設置輸出濾波器;為減少對電源干擾，可在變頻器輸入側設置輸入濾波器。若線路中有敏感電子設備，可在電源線上設置電源噪聲濾波器以免傳導干擾。
（4）接地
接地的作用總的概括起來只有兩種：保護人和設備不受損害；抑制干擾；抑制干擾接地在有的書中又叫工作接地，而前者又叫保護接地。
①保護接地。保護接地是將變頻控制系統中平時不帶電的金屬部分（機柜外殼，操作臺外殼等）與地之間形成良好的導電連接，以保護設備和人身安全。原因是變頻控制系統的供電是強電供電，通常情況下機殼等是不帶電的，當故障發生（如主機電源故障或其它故障）造成電源的供電相線與外殼等導電金屬部件短路時，這些金屬部件或外殼就形成了帶電體，如果沒有很好的接地，那么這帶電體和地之間就有很高的電位差，如果人不小心觸到這些帶電體，那么就會通過人身形成通路，產生危險。因此，必須將金屬外殼和地之間作很好的連接，使機殼和地等電位。此外，保護接地還可以防止靜電的積聚。
變頻控制系統的所有設備均有一個保護地，該保護一般在機柜和其它設備設計加工時就已在內部接好，有的系統中已將該保護地在內部同電源進線的保護地（三芯插頭的中間頭）連在一起，有的不允許將保護地同該線相連，用戶一定要仔細閱讀廠家提供的接地安裝說明書，不管哪種方式，CG必須將一臺設備（控制站、操作員站等）上所有的外設或系統的CG連在一起，然后用較粗的絕緣銅導線將各站的CG連在一起，最后從一點上與大地接地系統相連。還有一點值得提醒的是，變頻器的所有外設必須從一條供電線上供電，而不允許從其它回路供電，否則可能會燒壞接口甚至設備，對于不得不用長線連接的場合，或用較粗導線提供供電，或采取通信隔離措施。
②工作接地。工作接地是為了使變頻控制系統以及與之相連的儀表均能可靠運行并保證測量和控制精度而設的接地。它分為機器邏輯地、信號回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系統中還有本安接地。
所有變頻控制系統接線涉及到的接地采用一點接地方式，在這一點上，也有很多爭議。有的廠家系統提出幾個地：邏輯地、屏蔽地（又叫模擬地）、信號地、保護地分別各自接地，而大部分系統則指出各種地在機柜內部自己分別接地，匯于一點，然后用較粗的導體（銅）將各匯地點朕起來，接到一個公共的接地體上。這里有幾點需要注意：
變頻控制系統本身是由多臺設備組成的，除了控制站以外，還包括很多外設，而且外設也不止一臺，這就涉及到了多臺設備，多種接地的問題。此外，一般的變頻器的供電是各站（控制站，操作站等）用專門一條線單獨供電，即彼此之間不相互供電。
模擬地（AG），模擬地（又叫屏蔽地）是所有的接地中要求最高的一種。幾乎所有的系統都提出AG一點接地，而且接地電阻小于一歐姆。 變頻器設計和制造中，在機柜內部都安置了AG匯流排或其它設施。用戶在接線時將屏蔽線分別接到AG匯流排上，在機柜底部，用絕緣的銅辮連到一點，然后將各機柜的匯流點再用絕緣的銅辮或銅條以輻射狀連到接地點。大多數的變頻器要求，不僅各機柜AG對地電阻＜1歐姆，而且各機柜之間的電阻也要＜1歐姆。
信號地，信號地的處理：原則上不允許各變送器和其它的傳感器在現場端接地，而都應將其負端在變頻器端子處一點接地。但在有些場合，現場端必須接地，這時，必須注意原信號的輸入端子（上雙端）絕對不許和變頻控制系統的接地線有任何電氣連接，而變頻控制系統在處理這類信號時，必須在前端采用有效的隔離措施。
以上抗干擾措施可根據系統的抗干擾要求來合理選擇使用。若系統中含控制單元如微機等，還須在軟件上采取抗干擾措施。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號