摘要：通过大方坯连铸机拉矫机控制系统的优化，脱开编码器控制，提高设备运行稳定性、降低故障率和维护材料、人力成本。 关键词：大方坯连铸机拉矫机编码器编码器联轴器
1 概述
我公司炼钢厂现有两台大方坯连铸机，电控部分为攀钢信息工程公司设计和编程。5#连铸机共4流，每流5台拉矫机电机，7#连铸机3流，每流6台拉矫机电机，总计38台拉矫机电机和编码器。拉矫机控制系统有现场和电磁站两部分构成，现场部位包括拉矫机电机、抱闸、编码器、编码器联轴器、电缆等；电磁站部分包括西门子70系列变频器和编码器信号处理板、DP网络系统。在使用过程中，由于现场环境温度高、拉矫机长期运转、送引锭速度高（3米/分，频率120Hz）等原因造成编码器现场部分故障率频发，如编码器联轴器断裂、编码器长期运转轴承部位的磨损和相应内部电路的老化；而编码器联轴器故障率最高，另外，发生故障后处理较繁琐和有一定难度，需修改变频器参数和内外控的转换等，在修改过程中稍有操作不当就会造成故障的扩大，直接给生产造成影响。因此，此次的系统优化主要集中在编码器联轴器。
2 方案
此次系统优化共有两套方案:
2.1 重新选型编码器联轴器
现场编码器构成：编码器采用ET58C10-H6PR-1024编码器，联轴器原设计采用螺旋形铜锌联轴器（型号:KW10*10）。考虑现场装配环境不易操作，在送引锭情况电机频率在120Hz，速度高，扭力大，另外编码器固定底座不易调整，存在编码器轴心和电机轴心不同心现象。我们选用了MBC25-10-10-A和RS693-2420两个型号编码器联轴器做对比，编码器联轴器技术数据如下表：
通过一个月对比试验后，效果不明显，新选型联轴器使用一周左右就会断裂。此方案被否定。
2.2 采用非编码器控制方式
编码器在拉矫机控制系统中主要发挥两个作用：一是构成带编码器闭环矢量控制系统，使拉矫机转速更加稳定、动态响应更加迅速和敏捷；另一方面，通过编码器脉冲数计算铸流的跟踪值。因此采用非编码器控制方式也就必不可少的触及这两个方面。
2.2.1 带编码器闭环矢量控制方式
带编码器闭环矢量控制方式，在西门子6SE70变频器中也即P100=4的控制，其动态响应时间更短，电机的机械特性更硬，应该说是更理想的控制方式，但鉴于使用中编码器联轴器故障频繁发生，严重影响了控制性能的发挥。编码器出现故障后有如下影响：
①电机频率异常，如下图为编码器出现异常情况电机频率的变化情况，如图1：
②该电机频繁的制动和加速，造成制动单元频繁工作，自身制动电阻发热，有时高达80°以上，加速了设备老化。③形成一个扰动源，对其它电机频率控制造成影响，使其它电机速度不稳。④当该电机严重到不能运行，其它电机负荷突然增大，严重时过电流保护，进而形成连锁反映，造成该流停机。
2.2.2闭环频率控制，也即不带编码器的矢量控制P100=3，以变频器内部电流形成闭环系统，加以矢量控制模型，机械特性仍然较硬，动态响应时间虽然较带编码器矢量控制系统略弱，但足以满足生产需要，且存在以下优点：①没有复杂的转开环操作。②日常维护工作量大大减少，材料成本大大降低。③由于机械特性略软，投入轻压下后不至于因为力矩的分配不平衡而频繁F021保护。
2.2.3跟踪值计算方面 原设计通过采集编码器脉冲数，并进行累计，将累计的脉冲数转换为转动的圈数再将转动的圈数转换为长度，得出跟踪值。在编码器正常情况下，脉冲不会丢失或丢失极少，由于每周对应65535个脉冲，即便偶有丢失，影响极小，计算出的铸流跟踪值比较准确。
若甩掉编码器，跟踪值的计算采用变频器输出频率作为计算依据，将变频器频率转换为拉速后每0.1s进行一次累计，累计结果作为跟踪值。通过wincc趋势，分别记录了拉速跟踪值计算法计算的跟踪值和编码器累计跟踪值计算法得出的跟踪值，分析发现每200米，跟踪值偏差不大于1米，经过修改程序参数，基本无偏差，实际使用效果很好。”
3 方案实施
在实施改造过程中，对每一个铸流变频器全部改为闭环频率控制，将拉速在OB35中进行了累计，作为跟踪值。调整后变频器频率、电流明显稳定。如图2和图3。
4 经济效益分析
原来日常维护过程中，每周进行一次检修，每次都有2人在拉矫机上检查3~4个小时，平均每两周消耗一个联轴器，每个价值256.4元，每5周消耗一个编码器，每个价值3846元，除人工成本外累计年成本51792.8元，另外对生产造成影响的隐性成本不可估计。通过该次控制系统优化，大大降低了故障率，节约和降低了生产成本、设备维护成本、人力成本，减少了员工的工作强度和维护工作量。
参考文献：
[1]SIMATIC HMI WinCC系统描述版本6.0[Z].西门子(中国)有限公司.2005.
[2]SIMATIC STEP7 V5.4编程手册[Z].Siemens公司，2005.
[3]6SE70使用大全.Siemens公司，2003.