基于虚拟仪器的连铸结晶器振动装置.pdfVIP

《冶金 自动化》2004年增刊 基于虚拟仪器的连铸结晶器振动装置 在线监测系统研究 傅掉伟，王友钊 (浙江大学 仪器科学与工程学系，浙江 杭州 310027) 摘〔 要〕通过对连铸结晶器及其振动理论的分析，设计出一套基于虚拟仪器和计算机的设备在线监测控制系统，探索了 计算机及虚拟仪器技术在数据采集、工业控制中的应用。 关〔键词〕数据采集;虚拟仪器;结晶器 连铸结晶器振动装置主要有机械振动和液压振动两种方式，从效果上看，液压振动由于其控制精度 高，机械结构简单，设备重量轻且振动波形、振幅和频率可以在浇铸过程中随意调整而受到了广泛的重 视，有在将来取代机械振动的趋势。但是，由于国内对液压装置的研究还比较薄弱，技术上还不成熟，而 机械振动装置具有可靠性高、技术成熟、加工制造比较容易、操作维护简单和整体投资低等优势，所以在 国内仍有比较大的应用范围。 目前从国内的情况来看，很多机械振动装置已由原来的短臂四连杆机构改造为半板簧机构。虽然较 好地解决了原有振动装置的侧向偏摆问题，并且采用交流变频调速电机调节频率，但是在实际生产中暴 露出一个很大的问题，即对实时振动波形、振幅、频率把握能力差，缺少有效的检测手段，不能对实际生产 中出现的振动偏差做出及时的响应，往往在实际生产中出现振幅、频率与设定值或空载实验时的振动相 差较大，导致实际拉速降低，影响生产效率，甚至发生粘结漏钢或拉断事故。国外自20世纪80年代开始 重视对振动装置振动监测系统的研究，由于结晶器的振动是一个低频率的振动，而且板坯连铸时对多点 振动相位要求高，工作环境高温高湿，所以在线检测难度比较大。目前国内外成功的例子不多I[ll。因此 有必要开发一套能够为现场操作人员和技术人员提供确切振动数据的在线监测系统。此外，只有监测系 统是不够的，同时还要有现场控制手段，形成一个完整的闭环控制系统。这样，就可以根据现场生产情 况， 调节振动参数，以达到最佳生产效果。 系统原理[[21 正弦振动方式数学表达式为: V=V.,sinwt (1) 式中，V是结晶器振动过程中任意一点的振动速度;V.是结晶器的最大振动速度;。是结晶器振动的角速度;t 是时间。 设瓜 为铸坯的平均拉速，t:为从振动速度为零到振动速度等于嵘 的时间，t:为负滑动时间(定义 为一个振动周期中结晶器向下运动的速度超过拉坯速度的时间)。则: 振动偏心轮从初始位置转动900所用的时间为二仙、一恰-t小代人(，可‘得 1 一1VA4 =一二.COS nj V- 可以看出，负滑动时间随着频率的上升而下降。 另外，设A为振动的振幅，则:A 云V-xsincutdt一V-x工W SW 子 可以得到:Vv.=nAf 可以看出，平均拉速与振幅和频率的乘积成正比。由于在实际生产中，振幅是很少进行调整的，所以 收〔稿日期」2003-11-12汇修改稿收到日期〕2003-12-20 作「者简介〕傅悼伟(1979-)，男，安徽合肥人，硕士研究生，研究方向为系统状态监测和虚拟仪器。 《冶金 自动化》2004年增刊 频率量的调节就意味着对铸坯拉速的调节。 通过以上分析可以知道，拉速与产量息息相关，而负滑动时间、振痕间距等工艺参数则决定了钢坯的质 量。具体可见参考文献[1-21。所有这些参数，归根到底都是与实时的振幅与振频有关，所以，对这几个参 数进行实时监测是非常有必要的。 2 硬件结构 系统硬件由传感器系统、调理电路、数据采集卡和工业计算机等组成。结晶器以低于10Hz的频率 振动E[ll，其振动位移信号通过安装在振动台附近的电涡流传感器测得，并送人现场控制机柜。调理电路 负责把该信号中的振动分量和直流偏置分量取出，在进行滤波处理后，由采集卡进行A/D转换，信号进 人计算机。 由于现场高温高湿的特点，传感器选用本特利内华达公司