结晶器振动在线状态监测分析系统的研制

摘要： 结晶器振动决定了连铸机生产产品的质量和产量，加强对结晶器振动在线状态监测分析对于连铸机的使用具有重要的实用价值。

Abstract： Crystallizer vibration determines the product quality and production of conticaster， so it is of great practical value to strengthen the crystallizer vibration on-line condition monitoring analysis.

关键词： 结晶器振动；在线监测；系统

Key words： crystallizer vibration；on-line monitoring；system

中图分类号：TH113 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）06-0041-02

0 引言

结晶器振动的主要原理是按照事先预定的频率等使结晶器沿外弧方向运动，主要目的就是提高钢坯的质量，进而避免了钢坯凝固过程中与结晶器发生不必要的粘结。如果结晶器振动的相关振动参数的设置不合理就会导致振动幅度较大，严重的会导致表面拉裂甚至发展漏钢事故。因此加强对结晶器振动在线状态监测分析至关重要。

1 结晶器振动的传统监测方法

对结晶器的振动频率、振动幅度、振动状况以及振动波形等参数进行准确的监测、测量和记录的方法有以下四种：传统人工检测、借助位移传感器来监测结晶器振动、通过监测电动缸的旋转角度或油缸行程来监测结晶器振动、借助加速度传感器来监测结晶器振动。手工检测过程中主要采用千分尺来测量振动台相对于振动基座的移动距离，采用秒表来测量其频率时，由于可测量的参数比较少、测量的精度比较低，因此其不可以用于结晶器振动的在线监测。位移传感器监测结晶器振动时需要在三个相互垂直的方向上制作基准块，并将位移传感器安装在固定基座上，由于测量过程中传感器探头，测量装置安装难度比较大，导致监测结果准确度比较低。因此为了更好的完成对结晶器振动的监测任务，我们提出了基于高精度超低频的加速度在线监测传感器技术，其主要将传感器直接安装在结晶器的振动台上，保证传感器能够跟随振动台一起振动，这样可以直接获得结晶器的加速度信号，进而在借助积分模块来获取位移和速度信号，通过相位补偿电路可以对相应的畸变进行补偿，从而还原出非正弦振动的波形，获得准确的结晶器振动速度、加速度和位移波形。

2 连铸结晶器振动在线状态监测分析

连铸结晶器振动设备主要有液压式振动装置和机械式振动装置，不同的振动装置其对应的基本参数、振动控制模型、工艺参数等也不同。结晶器振动主要是借助振动装置实现的，振动装置的核心设备是振动机构。结晶器振动过程中对振动机构的要求主要有以下两点：①振动机构要保证结晶器按照一定的速度规律进行振动。②震动机构保证结晶器能够沿着事先制定好的轨迹进行振动。液压式振动装置和机械式振动装置在实际应用过程中都存在一定的优缺点，液压式振动装置控制精度较高等可以在浇铸阶段进行调节，同样能形成正弦和非正弦的振动曲线。而机械式振动装置技术比较成熟、可靠性比较高、操作起来比较方便、加工制造过程比较简单、所需花费比较少等优势，并且能够实现正弦振动曲线。

3 在线监测系统的硬件设计和开发

3.1 传感器系统 传感器系统的主要工作原理是将对相关信号进行采集和变换。其主要是借助相应的监测设备来接收与之对应的信息，并按照一定的规律将这些信息转换成所需要的信息。传感器系统获取的信息主要有各种化学量、物理量和生物量信息，并且转换之后的信息也存在多种形式，如今主要的信息输出信号为电信号。为了能够保证传感器系统准确的实现信号的采集，这时就要确保传感器在线监测过程中只监测有用的信号，并剔除或阻止无用信号的采集。理想状态下的传感器能够将所有的信号转换成所需要的高输出电平电量，能够降低噪音、输出过程零抗组，同时具有较好的重现性。结晶器振动在线状态监测分析过程中比较常用的传感器有加速度传感器、位移传感器、速度传感器等。选择传感器应该考虑以下几个方面：①合适的敏感度。通常情况下，高灵敏度的传感器适用于低量级的结晶器振动，反之低灵敏度的传感器则适用于高振动量级结晶器的振动。②可靠性能高。为了确保传感器在使用过程中的可靠性高，要选用一批制作精良、设计合理的的传感器，而且传感器的工作环境，如温度、磁场、声场等尽可能满足传感器所需要的工作环境。③精确度比较高。传感器在工作过程中其精度表示的是被测量值与输出电量的一致程度。但是精度越高，其所需的花费就越高，同时对测量环境的要求也比较高，因此要根据测量的实际环境来选择合适精度的传感器。④事先估计被测点的振动方向，以确保传感器的正确安装，尽可能降低横向灵敏度带来的测量误差。如果不能对其进行准确的估计，这时应该选用受方向限制比较小的传感器。⑤结晶器振动在线状态监测分析之前要对被测系统的最大振级给予估计，并查看其是否满足传感器的测量量程。

3.2 信号采集盒系统 速度传感器所测量的电压信号以及电涡流传感器所测量结晶器振动的位移信号属于模拟信号，因此不可以被信号直接识别利用。需要借助相应的信息采集盒来对信号进行AD转换和调理，以变成能够被计算机识别的数字信号，从而能够对相关信息进行分析和处理。信号采集盒主要包括3个电源模块、8个电流传感器前置器、1个滤波器以及1个USB数据采集卡等。在对信号采集盒进行设计时，我们首先要考虑到移位传感器的信号，还要提前预留航空插头，以此保证电压信号顺利进入信号采集盒，只有这样才能保证信号采集盒的通用性。该系统选用了三个电源模块分别提供了

+24V、-24V和+5V电压。三个电源模块的具体指标如表1所示。

4 在线监测系统的系统软件设计与开发

4.1 数据管理模块 数据管理实现了数据库与应用程序之间的相关数据的记录、查询、读取、修改和存储等。对于历史数据的查询主要是借助历史数据列表控件和设备信息来完成。用户可以根据自己的数据进行相应的结晶器编号等选择，然后到数据库中去查询相关的数据，然后将所查到的数据显示在列表控件中，并通过测量的时间来进行排列。如果所查询的历史数据没有价值了，也可以将其删除。数据查询的具体流程如图1。

4.2 数据采集模块及保存 通过设备信息树来选定与之对应的结晶器和连铸机，在进行数据采集的时候，只有通过消息处理才能对触发数据进行保存。数据保存的主要内容包括编辑器编码、采集到的数据、采集时间以及采集组态的设置等，单独对数据的采集和保存都是没有意义的。数据保存方式主要有以下优点：①操作文件所占用的时间较少，因此可以提高信息的实时性。②在多段数据保存过程中会避免对数据库的频繁读写，提高了系统的性能。

5 小结

上述表明，研发新的先进的结晶器振动状态进行分析，可以实现对加速度信号等进程补偿，以此获取准确的位移和速度信号，有效提高连铸机生产产品的质量和产量，在连铸生产过程中具有较好的实用价值。

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