1.概述
板坯连铸机技术与传统连铸机相比,以其高拉速、高作业率、高质量的优势，近几年在国内得以较快的发展。我国板坯连铸机应用始于20世纪90年代，在板坯连铸机控制领域经过多年的实践总结出许多的成功经验。莱钢4#板坯连铸机是H型钢生产的前道工序，其产品的产量和质量直接关系后道工序H型钢产品的产量和质量。4#板坯连铸机的结晶器振动和拉矫机驱动电动机采用交流变频调速系统。结合4#板坯连铸机结晶器振动和拉矫机的工艺特性，选用高性能、超低噪声的1336IMPACT变频器。
2.1336IMPACT变频器特性
连铸机结晶器振动装置和拉矫机是连铸机的主体设备，传动控制水平要求高，也是直接影响连铸机的生产作业率和产品质量。随着交流变频技术的日益完善，连铸机结晶器振动装置和拉矫机应用变频技术已是一种必然趋势。因1336IMPACT变频器具有高的性能、超低噪声等特性，具有分开独立控制电动机的磁场和转矩的已确认了的独特的能力，使1336 IMPACT变频器在零速时仍能产生满转矩。其与通用变频器相比具有一下特点：
①采用FORCE技术，FORCE技术集中关注控制结果(即转矩控制、磁通控制)，并对电动机输入端参数进行控制，以得到此结果。
②像直流电动机一样，可独立控制交流电动机的转矩和磁通。
③在安全调速范围内可直接控制转矩，包括超过额定工作转速的时刻。
④无需依赖复杂的电动机数学模型，可精确控制电动机的转矩和磁通。
⑤减少了因冲击负载或需要大的启动转矩等应用而引起的脱扣状态。以提高速度和转矩性能。
⑥获专利的电流调节器，可实现转矩的真正控制。
⑦简便的驱动程序可保证快速启动，并使用电动机铭牌上的参数快速地自整定速度和转矩环。
⑧无编码器的磁场定向控制。
⑨使用SCANport协议，为编程设备提供统一接口。
⑩内置过程微调控制器。
1336 IMPACT变频器是为简化安装和操作而设计的。但它仍有较复杂的变频器的特性。快速电动机整定步骤，让操作者通过菜单一步步输入简单的电动机参数。而其余所需参数则可自动输入。这样就不需输入复杂的电动机数据信息了。可组态的模拟器，数字量和各种通信模块的控制方式，让用户有多种选择。
使用了FORCE技术的1336 IMPACT变频器，提供了某些要求很高的拖动应用所需的精确的电动机速度和转矩控制，而通常这些应用多数只适宜使用直流调速器，FORCE技术是A-B获专利的磁场定向控制方法，具有分开独立控制电动机的磁场和转矩的已确认了的独特的能力，使1336 IMPACT变频器在零速时仍能产生满转矩。FORCE技术，原本是为定做的拖动系统设计的，现在在一个单独、紧凑、简单易用的机箱内就能实现。
1336 IMPACT变频器采用FORCE技术磁场定向控制专利技术，可独立控制交流电动机的磁通量和转矩电流来实现精确的转矩和功率控制，FORCE技术采用了专利型的，宽频的电流调节器技术，加上自适用的控制器，可以对电动机的磁通量和转矩进行分离和控制，这就是FORCE技术与其它的矢量控制技术的根本区别。可获得交流电动机的速度和转矩的卓越控制性能。FORCE技术是使交流电动机真正获得“类似直流调速”性能的世界最先进的变频技术。
FORCE技术的无编码反馈控制技术，使标准的交流电动机调速范围提高到120：1。速度/转矩性能的改进，使变频器应用范围更广泛。并具有大启动转矩，因而能适用通常是由直流电动机控制的应用场合 。
3.结晶器振动和拉矫机控制系统
板坯连铸机的控制系统由4台AB公司PLC-5系列PLC构成(板坯连铸机为3流，每铸流由一台PLC-5实现生产过程自动控制,公用设备由一台PLC-5控制),采用DH-485数据链路，其具有如下功能：
①可支持32个设备的相互连接;多主机功能;令牌(TOKEN)传递访问控制：不间断可增加或删除链路节点的功能：链路的最大长度为4000英尺
②DH-485数据链路以“菊花链”的形式将每台PLC连接到各个链路藕合器，再通过链路藕合器与编程站联系，控制系统链路连接方式如图1所示。
3.1结晶器振动控制系统
由变频器构成的结晶器振动交流调速系统,有两种操作方式,一是在操作台上手动操作,二是由PLC的全自动操作.在控制室的操作台上实现手动、自动选择,手动时可在操作台上实现振动装置的振动频率(电动机速度)手动给定,在操作平台的机旁控制箱上可以控制电动机的起停。这种方式是为检修、调试设备时设置的，而连铸机正常生产是选择自动方式，此时振动电动机随着拉矫机的起停而自动起停，结晶器的振动频率是根据拉矫机速度线性变化，其线性关系有连铸工艺给定。
3.2拉矫机的控制系统
拉矫机控制系统主要担负着拉矫机的送引锭、启动、拉坯、停止的速度调节，拉矫一、二辊的压下和抬起功能，其操作权在控制室的操作台上，选择手动只能实现拉矫机的点动操作，拉矫机以预先在变频器上设定的速度值向上或向下慢速运行。而自动操作时，PLC根据设定的工艺参数，实现拉矫机在送引锭时快速加速至额定转速运行，在整个拉坯过程变频器根据来自PLC的给定值，实现速度的自动调节，以保证其拉坯速度运行在工艺的给定参数值上，以此实现连铸生产过程的全自动控制。
4.加减速参数的设定
拉矫机及结晶器振动系统一般要求快速启动,如果tqg的值太大就不能满足启动速度的要求,就需要加大MD,这就是要求增加电动机的容量,变频器的容量也相应也要增大,若减速时间缩短,要在变频器外部配置再生制动组件,使系统的性能价格比下降。故系统的加减速时间是系统的重要参数。
4.1加速时间的设定
变频器的加速时间是指系统的频率从0上升到50Hz所需要的时间,即是电动机从零速上升到额定转速的时间,电动机从零速升高到工作速度ng所需的时间tqg按下式计算：
tqg=GD2ng/375(MD-Mj)
式中：MD—电动机的加速力矩，计算时取值为(1.2～1.3)Me,Me 为电动机的额定转距;
Mj—负载的静态阻转距;
将tqg折算到从零速升到额定转速neq的时间tqe
tqe=ned×tqg/ng
变频器的软启动时间应设定得比计算的tqe长些，如果设定得比tqe短，往往会因内过电流而停止运行。
4.2减速时间设定
减速时间也是指电动机的频率变化从50Hz到零速的时间,即电动由额定转速至零转速的时间,电动机从工作转速ng降至零速的时间可以有下式计算：
tzg=GD2ng/375(MZ+Mj)
式中：MZ—电动机的制动力矩，计算时取(0.2～0.3)Me;
将tzg折算到从额定转速ned降至零速时间tze
tze=ned×tzg/ng
变频器的软制动时间设定要比tze长些,否则易出现直流制动过电压而跳闸。
5.变频器的抗干扰
由于变频器采用PWM型逆变电路，使输出含有较高的高次谐波，极易干扰控制电路工作，易发生电动机爬行，拉坯速度不稳，直接影响铸坯的产品质量。
5.1主要电磁干扰源及途径
变频调速系统产生干扰必须具备三个条件：干扰源、干扰通道、易受干扰设备。
①干扰源分为内部和外部。内部主要是装置原理和产品质量等决定。外部主要由使用条件和环境因素决定，如工作电源直流回路受开关操作和天气影响等而引起的浪涌电压，强电场或强磁场以及电磁波辐射等。
②干扰通道有传导耦合、公共阻抗耦合和电磁耦合三种。外部主要通过分布电容的电磁耦合传到内部;内部则三种均有。
③由于设备采用的敏感元件的选用和结构布局等不尽合理，造成本身抗干扰能力差，
对干扰加以抑制，降低其幅度，减少其影响力，这是从外部环境上加以改善。对电子设备的结构及内部元器件的布局进行优化设计是从电子设备内部对抗干扰性能的改善。
(1)主要电磁干扰源
电磁骚扰，称电磁干扰(EMI)，是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁骚扰，以路的传导和以场的形式传播。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术，当工作于开关模式且作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源。另一方面，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备，非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其它设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源的干扰对变频器主要有①过压、欠压、瞬时掉电;②浪涌、跌落; ③尖峰电压脉冲 ;④射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。
(2)电磁干扰的途径
变频器能产生功率较大的谐波，由于功率较大，对系统其它设备干扰性较强，其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分传导、电磁辐射、感应耦合。具体为:首先对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电机铁耗和铜耗增加;并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其它设备;最后变频器对相邻的其它线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。
5.2抗电磁干扰的措施
据电磁性的基本原理，形成电磁干扰(EMI)须具备三要素:电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。为防止干扰，可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中，硬件抗干扰是应用措施系统最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
