一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，包括工控机、PLC控制器、变频器和电磁搅拌器，所述工控机和PLC控制器之间通过网络进行通信，所述PLC控制器和变频器之间通过现场总线进行数据交互，所述变频器和电磁搅拌器之间通过控制电缆相连。通过对系统中的控制电磁搅拌器用的变频器控制参数进行智能调控，从而实现电磁搅拌器的运行电流曲线与理想曲线的高度匹配，有效解决了末端电磁搅拌有效时间短及尖峰电流影响的问题，对圆坯内部质量的提高有较大作用，满足了生产工艺对质量的要求。
【专利说明】
一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及炼钢大断面圆坯连铸电磁搅拌的技术领域，具体地说是一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统。
【背景技术】
[0002]在炼钢车间，电磁搅拌是钢坯内部质量控制的重要环节，根据其安装位置的不同，对钢坯的电磁作用和质量的提高有不同的效果。从连铸工艺角度讲，结晶器电磁搅拌的目的在于去除皮下夹杂和气孔，均勾凝固还壳，利于夹杂物的上浮和拉速的稳定;二冷区电磁揽摔的目的在于提尚等轴晶率和改善偏析，电磁力越大越有利于提尚等轴晶率;末端电磁搅拌主要为了消除缩孔缩松和内裂，改善偏析。重要的是，电磁搅拌的有效作用是根据钢种的不同进行设定不同的电磁搅拌强度，作用时间和强度的控制是铸坯搅拌质量的关键。为此需要对在线使用的末端电磁搅拌器的使用情况进行分析，以寻找解决末端电磁搅拌有效时间短及尖峰电流影响问题的方案，以满足生产工艺对质量的要求。
【发明内容】
[0003]本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，通过对连铸末端电磁搅拌系统中的控制电磁搅拌器用的变频器控制参数进行智能调控，从而实现电磁搅拌器的运行电流曲线与理想曲线的高度匹配，有效解决了末端电磁搅拌有效时间短及尖峰电流影响的问题，对圆坯内部质量的提高有较大作用，满足了生产工艺对质量的要求。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，包括工控机、PLC控制器、变频器和电磁搅拌器，所述工控机和PLC控制器之间通过网络进行通信，所述PLC控制器和变频器之间通过现场总线进行数据交互，所述变频器和电磁搅拌器之间通过控制电缆进行一对一通讯连接，进而对电磁搅拌器进行频率设定和电流监控，所述电磁搅拌器接通三相交流电源形成旋转磁场使钢水在磁场中受到电磁力的作用产生旋转。
[0005]作为本发明的一种改进，所述工控机与PLC控制器之间通过工业以太网进行通
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[0006]作为本发明的一种改进，所述PLC控制器与变频器之间通过Profibus-DP线缆相连。
[0007]作为本发明的一种改进，所述PLC控制器采用西门子S7-300系列PLC，主要控制输出为变频器的启动、停止、正反转、故障复位、电流及频率设定，所述变频器的数量为四个，四个变频器称为“四个铸流”，四个铸流采用同一PLC控制器进行控制。
[0008]作为本发明的一种改进，所述工控机的监控画面采用西门子wincc画面，其通过以太网通讯对PLC控制器进行数据采集及操作控制。
[0009]作为本发明的一种改进，所述变频器采用安川Η1000系列变频器，安川变频器的设计参数中可以对变频器不同的工作频率下所加电压进行控制，这样就会使产生的电流实现一个很好的控制波形，从而实现电磁场的有效控制。所述变频器的工作频率为3-8Hz，产生的搅拌电流为400/500/550/600/700A中的任意一种。
[0010]作为本发明的一种改进，所述电磁搅拌器采用无PG的V/F控制方式，适用于风机栗类的V/F控制方式在电磁搅拌控制中对钢坯质量有很大的作用。
[0011]作为本发明的一种改进，所述电磁搅拌器采用旋转式电磁搅拌器，其衔铁的内壁凸出6个磁极，磁极用线圈缠绕，并两两相对形成3对磁极;将线圈接通三相交流电源，使每对磁极互为N、S极。
[0012]三相交流电源使线圈内的电流呈现交变特征，使得搅拌器内的磁场在横截面上旋转，进而与钢水产生相对运动并发生电磁感应;钢水作为载流体在磁场中受到电磁力的作用进而跟随磁场产生旋转。重要的是，电磁搅拌的有效作用是根据钢种的不同进行设定不同的电磁搅拌强度，作用时间和强度的控制是铸坯搅拌质量的关键。
[0013]采用上述系统进行电流尖峰消除的方法，选取电磁搅拌器的自定义V/F特性曲线，将电磁搅拌器中的电磁线圈工作频率设定在5HZ，以700A的搅拌电流进行5秒钟的正转，2秒钟的停止和5秒钟的反转，如此反复运行，对变频器EI组参数的E1-O I至E1-13参数进行自定义，并利用变频器的直流制动功能对变频器直流制动B2参数组的B2-01起始制动频率、B2-02制动电流、B2-04停止制动时间进行优化，完全消除了这一尖峰。
[0014]而采用上述系统进行有效磁场保持时间控制的方法，选取电磁搅拌器的任意V/F特性曲线，将电磁搅拌器中的电磁线圈工作频率设定在4HZ，以600A的搅拌电流进行5秒钟的正转，2秒钟的停止和5秒钟的反转，如此反复运行，在变频器的El组参数上进行分析，结合理想的电磁搅拌器的运行电流曲线以及电机本身的V/F特性曲线，对变频器El组参数中的E1-09频率参数对应的E1-10电压参数以及电磁搅拌器的自定义的V/F特性图中曲线的前四个点进行了优化调整，在防止搅拌器启动电流不过大的前提下，最终实现电磁搅拌器的运行电流曲线与理想电流曲线的高度匹配。
[0015]相对于现有技术，本发明的整体结构设计巧妙，拆卸组装维修更换方便，成本较低，控制精确度高，利用PLC控制器、变频器、工控机等设备，对圆坯末端电磁搅拌器的运行参数进行优化，利用西门子wincc画面通过以太网通讯实现数据采集及操作控制，解决了末端电磁搅拌有效时间短及尖峰电流影响的问题，消除缩孔缩松和内裂，改善偏析，提高了等轴晶率，对圆坯内部质量的提高有较大作用，满足了生产工艺对质量的要求。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的系统结构示意图。
[0017]图2为本发明的El组参数中电磁搅拌器的V/F特性曲线图。
[0018]图3为本发明的电磁搅拌器在5Hz工作频率以及700A工作电流条件下的运行电流曲线图。
[0019]图4为本发明的在消除停车时电流尖峰后的电磁搅拌器运行电流曲线图。
[0020]图5为本发明的理想情况下电磁搅拌器的运行电流曲线图。
[0021]图6为本发明的有效磁场保持时间获得改善后的电磁搅拌器的运行电流曲线图。
【具体实施方式】
[0022]为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。
[0023]如图1所示，一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，包括工控机、作为主站的PLC控制器、作为从站的四个变频器、四个末端电磁搅拌器，所述工控机通过网络与PLC控制器相连，所述工控机和PLC控制器之间通过网络进行通信，所述PLC控制器和变频器之间通过现场总线进行数据交互，所述变频器与电磁搅拌器通过控制电缆相连接，四个变频器称为“四个铸流”，四个铸流采用同一PLC控制器进行控制。所有变频器与电磁搅拌器进行一对一通讯连接，进而对电磁搅拌器进行频率设定和电流监控。所述电磁搅拌器接通三相交流电源形成旋转磁场使钢水在磁场中受到电磁力的作用产生旋转。
[0024]具体的，所述PLC控制器采用西门子SP7-300系列PLC。所述工控机与PLC控制器之间的通信网络采用工业以太网。所述PLC控制器与变频器之间的数据传输通过Profibus-DP线缆实现，稳定可靠。S7-300PLC用于逻辑判断，主要控制输出为变频器的启动、停止、正反转、故障复位、电流及频率设定。变频器采用安川H1000系列变频器，用于实现其直流制动环节参数的优化以及EI组参数中电机的V/F特性曲线的E1-09频率参数对应的E1-10电压参数以及V/F特性图中曲线的前四个点进行了优化。工控机OS实现了电磁搅拌器的运行参数的采集及操作控制并对其进行归档，实现运行数据的可追溯查询。
[0025]进一步的，所述工控机的监控画面采用西门子wincc画面，其通过以太网通讯对PLC控制器进行数据采集及操作控制。
[0026]更进一步的，安川变频器的设计参数中可以对变频器不同的工作频率下所加电压进行控制，这样就会使产生的电流实现一个很好的控制波形，从而实现电磁场的有效控制。所述变频器的工作频率为3-8Hz，产生的搅拌电流为400/500/550/600/700A中的任意一种。
[0027]更进一步的，所述电磁搅拌器采用无PG的V/F控制方式，适用于风机栗类的V/F控制方式在电磁搅拌控制中对钢坯质量有很大的作用。所述电磁搅拌器采用旋转式电磁搅拌器，其衔铁的内壁凸出6个磁极，磁极用线圈缠绕，并两两相对形成3对磁极;将线圈接通三相交流电源，使每对磁极互为N、S极。
[0028]三相交流电源使线圈内的电流呈现交变特征，使得搅拌器内的磁场在横截面上旋转，进而与钢水产生相对运动并发生电磁感应;钢水作为载流体在磁场中受到电磁力的作用进而跟随磁场产生旋转。重要的是，电磁搅拌的有效作用是根据钢种的不同进行设定不同的电磁搅拌强度，作用时间和强度的控制是铸坯搅拌质量的关键。
[0029]采用上述系统对现有末端电磁搅拌所存在的电流尖峰问题进行控制的方法，选取电磁搅拌器的自定义V/F特性曲线，将电磁搅拌器中的电磁线圈工作频率设定在5HZ，以700A的搅拌电流进行5秒钟的正转，2秒钟的停止和5秒钟的反转，如此反复运行，并选用自定义电机的V/F特性曲线，以满足电机频繁加减速控制过程中的电流不稳定问题。从图3所示的电磁搅拌器的运行电流波形曲线图中可以看到在正反转交替过程中存在一个电流尖峰(该电流尖峰为停车时产生的电流尖峰)，这个电流尖峰的存在在钢坯的浇铸质量检验中还没有证据说明存在不良影响也没有证据表明利好，从而我们可以将它消除掉以满足有效电流的存在时间，因输出电抗器可以钝化变频器的输出电压的陡度，减少逆变器中的功率元件扰动和冲击，能有效抑制回路涌流。根据其选用材质的不同可以分为铁芯式铁氧体式输出电抗器，通过对电流、电压降、电感量的确认排除了设备硬件问题。同时利用变频器的直流制动功能对变频器直流制动B2参数组的B2-01起始制动频率、B2-02制动电流、B2-04停止制动时间等参数进行优化，完全消除了这一尖峰。
[0030]在对于停车过程中的电流尖峰问题解决之后，我们重点对有效磁场保持时间进行改善，由于电磁搅拌器采用的是任意V/F曲线控制，其可以对El-Ol至E1-13参数进行自定义，其他控制方式均为固定控制模式，因此主要在变频器的El组参数V/F特性上进行分析，优化El组参数上的E1-07至E1-12参数得到理想的电磁搅拌电流强度保持时间如图4所示。然而从图4中的电流曲线可以看出，在电磁搅拌器启动的前3s内，其运行电流未能达到设定的600A电流值，这样就不能有效消除缩孔缩松和内裂，改善偏析。在4HZ的设定工作频率下，电磁搅拌器以600A的工作电流进行正反转的交替工作，在设定的5s正反转工作时间中，电磁搅拌器在确保启动电流不过大的前提下0.5S内达到设定电流并且保持平稳状态，间歇2s的时间进行反转启动。结合我们想要得到的理想的电磁搅拌器运行电流曲线如图5所示(在理想情况下，在电磁搅拌器启动的0.5s内频率迅速达到4Hz，运行电流也达到设定的600A以满足正常生产的电磁搅拌要求。)以及电磁搅拌器本身的V/F特性曲线如图2所示，我们发现E1-09频率参数对应的E1-10电压参数以及自定义的V/F特性图中曲线的前四个点参数存在缺陷，因此对其进行了优化，在搅拌器启动电流不过大的前提下，最终得到了较为完美的电流曲线如图6所示。由图6中的实际运行电流曲线可以看出，电磁搅拌器启动的0.5s内频率迅速达到4Hz，运行电流也达到700A左右，能较好地满足了正常生产的电磁搅拌要求。从而实现了电磁搅拌器的运行电流曲线与理想电流曲线的高度匹配，达到提高圆坯内部质量的目的。
[0031]本发明基于安川H1000系列变频器，提供了一套独特的末端电磁搅拌控制参数:E1-09=0.1、E1-07=0.4、E1-06=2、E1-11=5、E1-04=10、E1-10=5、E1-08=15、E1-13=25、E1-12=130、Ε1-05=400，从而实现了电磁搅拌器的运行电流曲线与理想电流曲线的高度匹配，满足产品质量的要求;几乎是零投入，控制效果明显，有效提高了等轴晶率。
[0032]需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。
【主权项】
1.一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，其特征在于:包括工控机、PLC控制器、变频器和电磁搅拌器，所述工控机和PLC控制器之间通过网络进行通信，所述PLC控制器和变频器之间通过现场总线进行数据交互，所述变频器和电磁搅拌器之间通过控制电缆进行一对一通讯连接，进而对电磁搅拌器进行频率设定和电流监控，所述电磁搅拌器接通三相交流电源形成旋转磁场使钢水在磁场中受到电磁力的作用产生旋转。2.如权利要求1所述的一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，其特征在于，所述工控机与PLC控制器之间通过工业以太网进行通信。3.如权利要求1所述的一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，其特征在于，所述PLC控制器与变频器之间通过Profibus-DP线缆相连。4.如权利要求3所述的一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，其特征在于，所述PLC控制器采用西门子S7-300系列PLC，主要控制输出为变频器的启动、停止、正反转、故障复位、电流及频率设定，所述变频器的数量为四个，四个变频器称为“四个铸流”，四个铸流采用同一 PLC控制器进行控制。5.如权利要求4所述的一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，其特征在于，所述变频器采用安川HlOOO系列变频器，变频器的工作频率为3-8Hz，产生的搅拌电流为400/500/550/600/700A中的任意一种。6.如权利要求5所述的一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，其特征在于，所述电磁搅拌器采用旋转式电磁搅拌器。7.如权利要求6所述的一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，其特征在于，所述电磁搅拌器采用无PG的V/F控制方式。8.如权利要求7所述的一种圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统，其特征在于，所述工控机的监控画面采用西门子wincc画面，其通过以太网通讯对PLC控制器进行数据采集及操作控制。9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统进行电流尖峰消除的方法，其特征在于，选取电磁搅拌器的自定义V/F特性曲线，将电磁搅拌器中的电磁线圈工作频率设定在5HZ，以700A的搅拌电流进行5秒钟的正转，2秒钟的停止和5秒钟的反转，如此反复运行，对变频器El组参数的El-Ol至E1-13参数进行自定义，并利用变频器的直流制动功能对变频器直流制动B2参数组的B2-01起始制动频率、B2-02制动电流、B2-04停止制动时间进行优化，完全消除了这一尖峰。10.—种利用如权利要求1-8任一项所述的圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统进行有效磁场保持时间控制的方法，其特征在于，选取电磁搅拌器的任意V/F特性曲线，将电磁搅拌器中的电磁线圈工作频率设定在4HZ，以600A的搅拌电流进行5秒钟的正转，2秒钟的停止和5秒钟的反转，如此反复运行，在变频器的El组参数上进行分析，结合理想的电磁搅拌器的运行电流曲线以及电机本身的V/F特性曲线，对变频器El组参数中的E1-09频率参数对应的E1-10电压参数以及电磁搅拌器的自定义的V/F特性图中曲线的前四个点进行了优化调整，在防止搅拌器启动电流不过大的前提下，最终实现电磁搅拌器的运行电流曲线与理想电流曲线的高度匹配。
【文档编号】B22D11/115GK106077548SQ201610587200
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月25日 公开号201610587200.0, CN 106077548 A, CN 106077548A, CN 201610587200, CN-A-106077548, CN106077548 A, CN106077548A, CN201610587200, CN201610587200.0
【发明人】周斌, 梁金龙, 项卫兵
【申请人】江苏联峰能源装备有限公司