比例閥在RH爐提升框架中的應(yīng)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(shí)時動態(tài)調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)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(wěn)定、可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：PLC；PID控制；比例閥；編碼器

中圖分類號：TF341 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.155

湖南華菱漣源鋼鐵集團(tuán)有限公司210轉(zhuǎn)爐廠RH爐采用的是由BSEE設(shè)計(jì)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(jìn)行處理。提升框架運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性將直接影響整個生產(chǎn)的正常進(jìn)行，因此，相關(guān)人員應(yīng)思考如何保證4個油缸能同步升降，平穩(wěn)運(yùn)行。

1 設(shè)計(jì)思路

從理論上來說，只要4臺油缸的進(jìn)油量一致，就可實(shí)現(xiàn)4缸同步控制，但由于提升框架動作升降行程達(dá)3 600 mm，鋼包質(zhì)量達(dá)320 t，而且在實(shí)際應(yīng)用中，每個油缸的機(jī)械變形、機(jī)械阻力、缸內(nèi)摩擦阻力不一樣，加上油缸內(nèi)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(yīng)油缸進(jìn)行補(bǔ)油，再利S7-300 PLC中的PID控制對比例閥進(jìn)行實(shí)時動態(tài)調(diào)節(jié)，以解決4缸同步性差的問題。

2 設(shè)計(jì)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(diào)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(dāng)比例閥出現(xiàn)故障時，液壓缸升降通過普通電磁換向閥和調(diào)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(tài)。利用4個比例閥和4個換向閥可分別控制對應(yīng)的4個提升框架油缸。

2.2 電氣方面

設(shè)計(jì)一個電氣控制柜，內(nèi)設(shè)PLC控制系統(tǒng)，以采集現(xiàn)場信號和控制現(xiàn)場閥臺。那么如何利用比例閥對RH爐框架油缸進(jìn)行同步控制？經(jīng)過分析，結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，對PLC進(jìn)行編程，以達(dá)到控制要求。下面主要從電氣控制方面對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

2.2.1 PLC控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)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(chǎn)品，便于硬件平臺的備件選擇和升級換代，維護(hù)工作簡單，且工作量較小，使系統(tǒng)易維護(hù)、易升級；采用以太網(wǎng)與主PLC通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.2.2 控制方式設(shè)計(jì)

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(lián)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?guī)в谐畋Ｗo(hù)功能，保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。每個油缸均配有相應(yīng)的編碼器和稱重傳感器，能實(shí)時反映油缸的行程和質(zhì)量。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時，能及時報警，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

2.2.2.1 正常模式

油缸的升降速度通過進(jìn)油總管比例閥控制，4個油缸的同步性通過比例閥調(diào)節(jié)。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(biāo)位置，與其他3個油缸的位置進(jìn)行實(shí)時比較。當(dāng)偏差值為正時，PID就減小閥的輸出；當(dāng)偏差值為負(fù)時，PID就加大閥的輸出。通過不斷地調(diào)整糾偏，最終使各油缸同步升降。

2.2.2.2 事故模式

當(dāng)比例控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無法正常升降時，應(yīng)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(lián)動模式將油缸升起或降落，完成當(dāng)前的鋼包精煉程序。在事故聯(lián)動過程中，如果出現(xiàn)位置偏差較大的情況，則應(yīng)停止聯(lián)動。利用事故單動模式將位置調(diào)平（優(yōu)先使用單動上升）后，繼續(xù)事故聯(lián)動。

事故聯(lián)動：如何利用電磁換向閥調(diào)節(jié)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(jìn)行兩兩比較。當(dāng)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(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)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(jìn)行升降動作，以達(dá)到糾偏的目的。此時，各聯(lián)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(dāng)比例閥處于正常運(yùn)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(dāng)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(zhì)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(wěn)下降。

當(dāng)高度H偏差大于100 mm，單個油缸質(zhì)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(tǒng)還繼續(xù)在調(diào)節(jié)，造成框架損壞，系統(tǒng)中的鎖緊閥自動失電，框架不能動作，在確認(rèn)現(xiàn)場物無異常時，可通過取消H偏差大于100 mm，油缸質(zhì)量大于120 t連鎖實(shí)施操作，但需密切注意現(xiàn)場運(yùn)行狀況。

4 結(jié)束語

圖1為提升框架運(yùn)行控制圖。利用液壓比例閥和PID實(shí)時動態(tài)調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)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(nèi)，而且可以更好地調(diào)節(jié)其速度，使其動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能更可靠。通過油缸位置超差、超重保護(hù)功能，保證了設(shè)備運(yùn)行的安全性，在生產(chǎn)應(yīng)用中取得了很好的效果。

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〔編輯：王霞〕