比例閥在RH爐提升框架中的應用

常攀

文章編號：2095-6835（2016）07-0155-01

摘 要：主要介紹了如何利用液壓比例閥和PID實時動態調節來實現RH爐提升框架中4臺提升油缸的同步控制，從而保證RH爐提升框架的穩定、可靠運行。

關鍵詞：PLC；PID控制；比例閥；編碼器

中圖分類號：TF341 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.155

湖南華菱漣源鋼鐵集團有限公司210轉爐廠RH爐采用的是由BSEE設計的世界首套210 t鋼包提升裝置。該裝置通過液壓缸帶動提升框架，將鋼包提升到工藝要求的高度，使真空槽浸漬管插入到鋼包中進行處理。提升框架運行的穩定性、可靠性將直接影響整個生產的正常進行，因此，相關人員應思考如何保證4個油缸能同步升降，平穩運行。

1 設計思路

從理論上來說，只要4臺油缸的進油量一致，就可實現4缸同步控制，但由于提升框架動作升降行程達3 600 mm，鋼包質量達320 t，而且在實際應用中，每個油缸的機械變形、機械阻力、缸內摩擦阻力不一樣，加上油缸內泄等多方面的原因，使油缸動作時的同步性越來越差，偏差越來越大。對此，可利用液壓比例閥對相應油缸進行補油，再利S7-300 PLC中的PID控制對比例閥進行實時動態調節，以解決4缸同步性差的問題。

2 設計方案

2.1 液壓方面

油缸提升閥裝置由比例閥、普通換向閥、調速閥和球閥組成。該裝置正常工作時，油液通過比例閥控制液壓缸升降；當比例閥出現故障時，液壓缸升降通過普通電磁換向閥和調速閥控制。球閥用來控制普通電磁換向閥出油口的通斷，其在正常工作時處于打開狀態。利用4個比例閥和4個換向閥可分別控制對應的4個提升框架油缸。

2.2 電氣方面

設計一個電氣控制柜，內設PLC控制系統，以采集現場信號和控制現場閥臺。那么如何利用比例閥對RH爐框架油缸進行同步控制？經過分析，結合生產工藝要求，對PLC進行編程，以達到控制要求。下面主要從電氣控制方面對PLC控制系統進行介紹。

2.2.1 PLC控制系統

該系統采用了德國西門子公司的S7-300系列PLC、CPU模塊、CP模塊、AI/AO模塊、DI/DO模塊等；在硬件上，選用了主流的硬件產品，便于硬件平臺的備件選擇和升級換代，維護工作簡單，且工作量較小，使系統易維護、易升級；采用以太網與主PLC通訊進行數據交換。

2.2.2 控制方式設計

控制方式可分為正常模式和事故模式，其中，事故模式可分為事故聯動方式和事故單動方式。通過電氣操作，4個油缸同步上升、下降，且帶有超差保護功能，保證了設備的安全運行。每個油缸均配有相應的編碼器和稱重傳感器，能實時反映油缸的行程和質量。當設備出現異常時，能及時報警，并進行相應的處理，保證設備的安全運行。

2.2.2.1 正常模式

油缸的升降速度通過進油總管比例閥控制，4個油缸的同步性通過比例閥調節。利用4個位置的編碼器反饋回的位置信號值，在HMI畫面中任選一個位置編碼器作為參考對象。在STEP7軟件中，以該編碼器的位置值作為新的目標位置，與其他3個油缸的位置進行實時比較。當偏差值為正時，PID就減小閥的輸出；當偏差值為負時，PID就加大閥的輸出。通過不斷地調整糾偏，最終使各油缸同步升降。

2.2.2.2 事故模式

當比例控制系統出現故障，無法正常升降時，應首先在HIM畫面上切換至事故模式。如果4個油缸位置偏差較大（一般來說，大于100 mm），則通過事故單動模式提升位置較低的油缸來縮小偏差，之后利用事故聯動模式將油缸升起或降落，完成當前的鋼包精煉程序。在事故聯動過程中，如果出現位置偏差較大的情況，則應停止聯動。利用事故單動模式將位置調平（優先使用單動上升）后，繼續事故聯動。

事故聯動：如何利用電磁換向閥調節油缸，使其同步升降？需先判斷各油缸之間的高度是否超差，對油缸的位置值進行兩兩比較。當兩個油缸的位置偏差為40 mm時，油缸位置值大的電磁閥鎖定，位置值小的油缸電磁閥解鎖，從而進行調節；當偏差值小于20 mm時，電磁閥解鎖。

事故單動：在此模式下，可對單個油缸進行升降動作，以達到糾偏的目的。此時，各聯鎖控制取消。該模式一般在極端情況下使用。

3 框架油缸升降和速度的控制

當比例閥處于正常運行模式時，低速上升下降，速度為1.5 m/min，高速時的速度為2.5 m/min；當比例閥處于事故模式時，速度均為1.2 m/min。

重載時，如果鋼包質量大于160 t，為防止剛開始下降時，框架油缸突然下墜不受控，會先給油缸一個上升的指令。油缸有一個上升的過程，每個油缸上升的高度必須超過2 mm，或者有一個油缸上升超過5 mm，保持5 s后，油缸才開始下降，以確保油缸平穩下降。

當高度H偏差大于100 mm，單個油缸質量大于120 t時，為防止因線路、比例閥、電磁閥損壞后液壓系統還繼續在調節，造成框架損壞，系統中的鎖緊閥自動失電，框架不能動作，在確認現場物無異常時，可通過取消H偏差大于100 mm，油缸質量大于120 t連鎖實施操作，但需密切注意現場運行狀況。

4 結束語

圖1為提升框架運行控制圖。利用液壓比例閥和PID實時動態調節來實現RH爐提升框架中4臺提升油缸同步控制，可將同步偏差控制在10 mm以內，而且可以更好地調節其速度，使其動態、穩態性能更可靠。通過油缸位置超差、超重保護功能，保證了設備運行的安全性，在生產應用中取得了很好的效果。

參考文獻

[1]吳麒，王詩宓.自動控制原理[M].第2版.北京：清華大學出版社，2006.

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〔編輯：王霞〕