磁致伸縮位移傳感器在推床的應(yīng)用

任鵬帥

河鋼集團邯鋼公司 河北 邯鄲 056000

引言

在中厚板生產(chǎn)過程中，推床是軋機不可缺少的組成設(shè)備，其中在可逆軋機的前后各設(shè)有一對推床，其基本功能是推動鋼板使其與軋機中心線對中，若鋼板偏離軋機中心線，軋鋼過程中會出現(xiàn)很多問題，如鋼板兩邊的厚度偏差較大，無法保證產(chǎn)品質(zhì)量，嚴重時可能導(dǎo)致軋機掛框，耗費大量時間處理故障，因此保證在每道次軋鋼時推床的對中精度是尤為重要的。另外推床還具有測量鋼板寬度的功能，當推床將鋼板推到中心位置后，推床繼續(xù)向里推，液壓缸壓力增大到某一設(shè)定值后，推床開口度到達最小，此時推床的開口度即為鋼板的寬度。無論是推床的對中功能還是測寬功能，都需要推床的位置精確，因此提高推床的位置精度是中厚板生產(chǎn)過程中的一個關(guān)鍵因素[1]。

推床開口寬度參考值和啟動信號由L1級自動化系統(tǒng)提供。推床開口度范圍為800mm-4800mm，精度是5mm。推床靠兩個液壓缸驅(qū)動，這兩個液壓缸使用機械式同步軸來實現(xiàn)同步。液壓缸由伺服閥進行控制。推床的壓力是由推床每側(cè)的兩個壓力傳感器實現(xiàn)測量，壓力傳感器安裝在閥臺液壓管路上。推床的位置由位移傳感器測量，即安裝在液壓缸里的傳感器，

1 磁致伸縮位移傳感器的原理及特點

應(yīng)用磁致伸縮技術(shù)，通過兩個不同的磁場相交產(chǎn)生一個應(yīng)變脈沖信號來準確地測量位置，測量元器件是一根波導(dǎo)管，波導(dǎo)管內(nèi)有一個以特殊磁致伸縮材料制造成的敏感元件，當傳感器的電子室產(chǎn)生電流脈沖后在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸，從而在波導(dǎo)管外產(chǎn)生一個圓周磁場，當該磁場和套在波導(dǎo)管上作為位置變化的活動磁環(huán)產(chǎn)生的磁場相交時，由于磁致伸縮作用，波導(dǎo)管內(nèi)會產(chǎn)生一個應(yīng)變脈沖信號，以固定的速度傳輸并被電子室檢測到。由于應(yīng)變脈沖信號在波導(dǎo)管里的傳輸時間和活動磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過測量時間就可以精確的計算出這個距離。

磁致伸縮位移傳感器采用的是非接觸測量方式，測量用的活動磁環(huán)和傳感器自身不會直接接觸，就不會產(chǎn)生磨損，因而使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強、可靠性高、安全性好，便于系統(tǒng)自動化工作，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下也能正常工作。此外，它還能承受高溫、高壓和強振動[2]。

除了可靠性高的優(yōu)點外，磁致伸縮位移傳感器還有以下優(yōu)點：

1.1 精度高

傳統(tǒng)的位移傳感器的測量精度只有1%FS左右，由于磁致伸縮位置傳感器將位移量轉(zhuǎn)化為發(fā)射和返回脈沖的時間間隔進行測量，測量精度高到0.002%FS。

1.2 量程大

磁致伸縮位移傳感器的測量范圍很大，適用范圍很廣，廣泛應(yīng)用于各種機械位移的測量、控制。

1.3 安裝、維護方便

磁致伸縮位移傳感器可以直接放入推床液壓缸內(nèi)并緊固好，再安裝保護套，在端子箱里完成接線。

2 位移傳感器零點的標定

無論是推床的對中功能和測寬功能，都需要推床的位置有很高的精準度，因此在更換新的位移傳感器的時候需要對其零點進行標定。標定的時候需要電氣人員在服務(wù)模式下操作，同時也需要機械人員來配合。電氣人員打開推床程序，進入服務(wù)模式，給定推床伺服閥的輸出，使推床到達合適的位置并停止，機械人員量取從軋機中心線到每側(cè)推床的距離，并記錄數(shù)據(jù)，反饋給電氣人員，電氣人員將得到的數(shù)據(jù)填入程序相應(yīng)側(cè)并下發(fā)數(shù)據(jù)，在HMI界面可以看到推床兩側(cè)的實際值分別和輸入的測量值是一樣的，位移傳感器的零點補償值也隨之變化了，位移傳感器的零點標定完成[3]。

3 推床寬度的標定

正常的軋鋼生產(chǎn)過程中，如果發(fā)現(xiàn)推床的寬度不準，或者是設(shè)備維護檢修時推頭被拆卸過，此時對推床的寬度標定是有必要的。

以本廠的推床為例，推床寬度標定有以下步驟：

推床實際位置（開口度）=推床最大位置-（位移傳感器實際值+位置偏移量）

推床最大位置=2400mm

位置偏移量=位移傳感器零點偏移量+HMI人工偏移量

根據(jù)程序可以看出零點偏移量標定步驟：先選擇服務(wù)模式；控制伺服閥輸出將推床打開到2400mm，點擊數(shù)據(jù)下發(fā)，程序?qū)ⅰ?-位移傳感器實際值”賦值給標定數(shù)據(jù)塊中的零點偏移量。零點偏移量=0-位移傳感器實際值。

零點偏移量= -（推床最大位置時的位移傳感器數(shù)值），目前該值為-50.8mm。

HMI人工偏移量=HMI人工測量值-推床實際位置

推床標定模式下，推床實際位置計算時，原有HMI人工偏移量自動清零，待人工測量值輸入，點擊數(shù)據(jù)下發(fā)后新的HMI人工偏移量生成。如果想要保證點擊數(shù)據(jù)下發(fā)后推床實際位置值和HMI輸入測量值一致，將以下兩個等式相減：

標定前推床實際位置（開口度）=推床最大位置-（位移傳感器實際值+零點偏移量+0）

HMI輸入測量值=推床最大位置-（位移傳感器實際值+零點偏移量+HMI人工偏移量）

HMI人工偏移量＝標定前推床實際位置-HMI人工測量值

推斷出源程序中HMI人工偏移量計算錯誤，應(yīng)該取反，通過上一次標定PDA數(shù)據(jù)也可以看出來。

下圖為上一次標定時的PDA數(shù)據(jù)曲線，其中X1軸數(shù)值為標定前的推床實際位置值，X2為點擊數(shù)據(jù)下發(fā)后推床實際值。

圖1 推床設(shè)定位置與實際位置PDA圖

表1 推床標定前后實際值比較

對推床程序進行優(yōu)化后，標定進行測試，效果良好，標定后推床寬度與實際位置偏差小于5mm，推床寬度的精確性得到進一步提升，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量有重要意義。

4 磁致伸縮位移傳感器的常見問題

由于磁致伸縮位移傳感器具有穩(wěn)定可靠的優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用，但在實際使用過程中難免會遇到一些問題，如何有效避免故障的發(fā)生也是在生產(chǎn)過程中應(yīng)該著重考慮的內(nèi)容。

生產(chǎn)過程中，當發(fā)現(xiàn)推床位置數(shù)值出現(xiàn)跳動，或者是沒有數(shù)值，電氣技術(shù)人員就需要檢查位移傳感器外表是否存在損壞痕跡，以及電纜線路是不是出現(xiàn)破損的現(xiàn)象，并且使用萬用表測量電纜線路對地絕緣情況，絕緣能力降低時需要及時更換線路，還需要查找線路損壞的原因，并做好預(yù)防措施，避免出現(xiàn)類似故障；同時也應(yīng)該使用萬用表測量位移傳感器的參數(shù)是否在規(guī)定的范圍之內(nèi)，當發(fā)現(xiàn)位移傳感器損壞后，及時更換恢復(fù)生產(chǎn)，傳感器下線后嘗試修復(fù)，并查找故障原因。

其次應(yīng)考慮傳感器的供電情況，電壓等級過低、過高都不行，輕則導(dǎo)致推床位置產(chǎn)生較大誤差，影響軋鋼，重則導(dǎo)致位移傳感器內(nèi)電容等元器件燒損，因此電壓應(yīng)該在位移傳感器規(guī)定的范圍之內(nèi)；同時也應(yīng)該考慮供電電源容量要保證充足，供電電源容量不足的話也會導(dǎo)致測量誤差變大，進而影響到推床的測寬和對中功能，無法保證產(chǎn)品質(zhì)量。因此傳感器供電這一項應(yīng)當引起技術(shù)人員的足夠重視。

在設(shè)備運行過程中，調(diào)頻干擾和靜電干擾的問題也是一個常見的問題，調(diào)頻干擾和靜電干擾都有可能讓推床位置顯示數(shù)值產(chǎn)生波動。所以傳感器的信號線與設(shè)備的強電線路要分開線槽。信號線需要使用屏蔽線（雙重屏蔽：編織網(wǎng)和錫包層，可以抗高、低頻干擾），還有接地端子，必須保證可靠接地（抗靜電干擾）。

推床設(shè)備長時間運行中不可預(yù)知的會發(fā)生各種故障，查詢PDA數(shù)據(jù)記錄，發(fā)現(xiàn)推床一側(cè)的位置數(shù)值異常時，應(yīng)該首先檢查傳感器電源燈是否正常，再到電氣室控制柜內(nèi)檢查傳感器對應(yīng)隔離模塊的狀態(tài)，可以嘗試將隔離模塊下的接頭拔出轉(zhuǎn)接到其他通道上，觀察PDA實時數(shù)據(jù)情況，若數(shù)值正常，則判斷推床的隔離模塊出現(xiàn)故障了；若數(shù)值仍舊為無窮大，則判斷傳感器本體或控制線路存在問題。使用萬用表測量電纜絕緣情況，檢查電纜線路無明顯損壞痕跡時，可以考慮更換傳感器。

5 結(jié)束語

通過對磁致伸縮位移傳感器結(jié)構(gòu)功能及工作原理的闡述分析，指出了典型的位移傳感器故障產(chǎn)生的原因及檢查處理辦法，將常見故障檢查處理辦法編寫為事故預(yù)案，組織設(shè)備點檢、維護人員學習，增強故障判斷處理能力，為減少設(shè)備故障時間，提升軋制節(jié)奏提供了有力保障。通過優(yōu)化推床標定程序，使推床寬度標定更簡便，同時推床位置顯示更加精確，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量有重要意義。