PP41是貝加萊（B&R）公司生產(chǎn)的一款緊湊智能PowerPanel產(chǎn)品，它是集成高性能PLC與數(shù)字量 I/O的顯示單元，并且提供文本顯示與高達QVGA分辨率的圖形顯示功能，因此有很高的性價比。且由于B&R公司的PCC（可編程計算機控制器）產(chǎn)品的分時多任務設計理念，所以非常適宜使用在對實性要求很高的控制系統(tǒng)中。鋼鐵廠連鑄機控制系統(tǒng)中使用的液壓伺服自振式結晶器就是要求有控制系統(tǒng)有很高的控制實時性，以滿足對結晶器運行軌跡的控制，進而生產(chǎn)出高質量的鋼坯。

    1 工藝簡介

    采用電液伺服驅動技術的自振式結晶器主要適用于小方坯連鑄機，它通常包括結晶器本體、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)三大部分，采用緊湊式結構設計將結晶器、M-EMS（結晶器電磁攪拌）線圈、結晶器振動臺架融為一體，兼具這三項功能。為了滿足連鑄工藝在跟蹤非正弦給定振動波形方面的要求，采用了基于智能控制的基本思想對一些控制方法進行了改進，有效地抑制了非對稱負載造成的靜差并提高了系統(tǒng)的相頻寬。通過在多臺小方坯連鑄機上的試驗與應用，充分體現(xiàn)了該工藝的優(yōu)越性。對鑄坯的內(nèi)部質量、外部質量均有顯著的改善并大大提高了拉坯速度。

    2 電液伺服系統(tǒng)與伺服油缸

    電液伺服系統(tǒng)屬于隨動系統(tǒng)的一種，在這種系統(tǒng)中，輸出量 （機械位移、速度或力） 能夠自動、快速而準確地復現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律，同時也起到信號的功率放大作用。由電信號控制液壓驅動裝置作為動力所構成的伺服系統(tǒng)叫電液伺服系統(tǒng)，它是一個控制能源輸出的裝置，在其中輸入量與輸出量之間自動而連續(xù)地保持一定的比例關系。

    電液伺服系統(tǒng)由以下基本的部分組成：即偏差檢測器、轉換放大裝置（包括能源）、執(zhí)行機構和控制對象。

    電液伺服系統(tǒng)與其它類型的系統(tǒng)相比，具有如下的優(yōu)點：

    （1）液壓元件的功率-重量比和力矩-慣量比較大、傳遞的力矩和功率很大。因此可以組成體積小、重量輕、加速能力強和快速動作的伺服系統(tǒng)，來控制大功率和大負荷。

    （2）液壓執(zhí)行元件響應速度快，在伺服控制中采用校正裝置可以使回路增益提高、頻帶加寬。液壓執(zhí)行機構傳動平穩(wěn)、抗干擾能力強。

    （3）調(diào)速范圍廣，特別是低速運行狀態(tài)下的控制性能好。能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)地自動調(diào)節(jié)驅動速度，并可實現(xiàn)無極調(diào)速，調(diào)速范圍可達1:2000（一般為1:100）。 （4）換向容易，可以較方便地實現(xiàn)工作機構旋轉和直線往復運動的轉換。

    （5）由于采用油液為工作介質，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命較長。

    （6）操縱控制簡便，自動化程度高；容易實現(xiàn)過載保護。

    伺服油缸用于電液伺服系統(tǒng)，它是吸收液壓泵的壓力和流量，接收伺服閥的液壓控制信號并放大轉換成驅動負載運動的機械能的執(zhí)行機構。它集成了伺服閥、功率放大器、內(nèi)置位移或壓力、速度、加速度等傳感器，形成各種閉環(huán)控制系統(tǒng)并充分發(fā)揮了液壓與電子兩方面的技術優(yōu)勢，通過小信號來控制大功率和大慣量，且能實現(xiàn)高和高響應。它在工業(yè)控制領域的應用較為廣泛，如航空航天、船舶、石油、化工、電廠、機車、冶金、機床、鍛壓、橡塑機械、輕工業(yè)等。

    3 控制系統(tǒng)概述

    液壓伺服自振式結晶器是高拉速下生產(chǎn)優(yōu)質鋼的靈活工具，能有效的提高連鑄機的性能。與傳統(tǒng)的結晶器振動臺相比液壓伺服自振式結晶器有以下優(yōu)點：

    傳動重量輕且具有很高的運動。

    振幅、振頻、NSR、振動波形等參數(shù)可在線調(diào)整。

    運行參數(shù)在線分析。具有事故預報警功能，降低連鑄的事故率。

    安裝及維護方便，維護費用低。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

    其中PP41控制站是整套控制系統(tǒng)的，所有的輸入、輸出信號都是

    由它進行檢測及處理判斷的，每套PP41控制站包括：

    Ethernet 通訊卡 3IF681.96

    混和模擬量輸入、輸出卡 7AM351.70

    檢測伺服油缸位移傳感器實際位置信號及發(fā)出伺服閥位置控制信號

    模擬量輸入卡 （4 x 0-20mA） 7AI774.70

    檢測實際拉速、油缸壓力 A、油缸壓力 B、伺服閥位置反饋信號

    板載 10 路數(shù)字量輸入

    檢測系統(tǒng)啟動、停止、上升、下降、工作方式選擇等開關量信號

    板載8路數(shù)字量輸出

    輸出系統(tǒng)運行、停止、故障等指示信號

    計算機控制站通過Ethernet工業(yè)以太網(wǎng)與PP41控制站相連，可在計算機控制站上對整套控制系統(tǒng)進行全面的監(jiān)視及控制，并能記錄諸如歷史運行曲線、歷史故障記錄等信息。

    4 控制程序設計

    貝加萊（B&R） PP41控制器是基于多任務操作的控制系統(tǒng)，因此可以實現(xiàn)實時多任務，用戶可以為自己的程序段設定循環(huán)時間。系統(tǒng)提供了五個不同時間及不同優(yōu)先級的任務等級。這樣在編程時一個復雜的項目可以分成多個獨立的任務來完成，每個任務都有獨立的程序部分，使整個項目結構化，而且每個任務可用合適的語言建立（貝加萊AS軟件提供了C、Basic、LAD、ST、SFC等多種編程語言），這使得編程變得非常方便快捷，而且由于采用了模塊化程序設計，使整個項目的調(diào)試及故障處理變得非常簡單。

    鑒于結晶器振動控制系統(tǒng)的特點，控制程序設計時應劃分為幾個部分：

    1. 循環(huán)運行任務

    主要包括：參數(shù)設定、頻率計算、報警狀態(tài)判斷、模擬量標定、趨勢繪制、通訊參數(shù)傳

    送等。

    2. 定時中斷任務

    這是整套控制系統(tǒng)的，所有的結晶器運行軌跡都是由它來進行計算和優(yōu)化的。主要

    包括：運行軌跡運算、PID控制、PID控制參數(shù)優(yōu)化、AM351 TPU控制等。

    頻率計算公式：

    3. 例外任務

    檢測各種系統(tǒng)故障，并作出相應的處理

    下面以結晶器振動控制中的重要環(huán)節(jié)，結晶器頻率及波形運算為例介紹程序主要流程。

    結晶器頻率計算公式如下

    Casting Speed

    Frequency= ------------------------------------------------------------------------------

    Stroke Set point / （NSR Set point ×/ 200） × 1000

    其中：Casting Speed為實際拉速；

    Stroke Set point為結晶器沖程設定值；

    NSR Set point 為結晶器負滑脫率設定值。

圖2 結晶器振動頻率計算程序流程框圖

    5 監(jiān)控畫面

    在現(xiàn)代的自動化控制系統(tǒng)中，友好的計算機監(jiān)控界面是必不可少的，它可以極大的提高整套系統(tǒng)的可操作性及易用性，一般計算機工作站監(jiān)控軟件使用組態(tài)軟件如：IFix、WINCC、RSVIEW32等，此類軟件使用方便，功能強大，開發(fā)周期短。組態(tài)工作完成后可進入實時運行狀態(tài)，可對PLC參數(shù)進行讀寫，可將系統(tǒng)變量參數(shù)及運行狀態(tài)以文本和各種形式的圖形畫面（捧形圖、趨勢圖、自由格式畫面等形式）通過CRT顯示出來，供現(xiàn)場操作人員監(jiān)視，現(xiàn)場操作人員根據(jù)實際情況可通過鍵盤進行畫面選擇，非常方便地對生產(chǎn)過程進行控制。

    監(jiān)控畫面應包括：參數(shù)設定畫面、系統(tǒng)狀態(tài)畫面、結晶器遠程操作畫面、趨勢圖畫面、報警畫面等。如下圖所示。

圖3 結晶器振動波形監(jiān)控畫面

    4 結束語

    由于貝加萊（B&R） PP41控制器可實現(xiàn)分時多任務控制，很好地滿足了系統(tǒng)對實時性的較高要求，使得該控制系統(tǒng)具有很高的性價比及可操作性。試驗表明，所研制的電液伺服結晶器振動控制系統(tǒng)能夠根據(jù)連鑄工藝要求實時、準確、方便地改變振動波形，從而有效地改善了鑄坯質量并提高了連鑄自動化水平。