中包車升降四缸同步控制系統(tǒng)應用

中包車升降四缸同步控制系統(tǒng)應用摘要:本文對寬厚板連鑄機中包車升降系統(tǒng)做了介紹，中包車是實現連鑄生產過程穩(wěn)定的重要設備，保證了澆鑄作業(yè)的平穩(wěn)運行。中包車液壓缸同步控制系統(tǒng)通過精確的位置傳感器進行檢測，嚴密的數字PID控制算法。對液壓比例閥進行了精確的位置控制。本文將對中包車垂直升降系統(tǒng)的控制原理及同步控制調節(jié)過程進行說明。關鍵詞：中包車升降；四缸同步；控制系統(tǒng)應用引言中包車是連鑄機整套設備中結構比較復雜的較大型關鍵設備，用來運載中間罐，在烘烤與澆鑄位置之間運行。按工藝要求，中包車應具備行走、升降、對中、稱量、長水口安裝等多種功能，其同步升降裝置是中間罐上升、下降的關鍵機構。在實際中人們往往更重視液壓系統(tǒng)的控制功能，而對系統(tǒng)的能耗卻考慮的很少。實際上，系統(tǒng)的效率一般也就只有50%左右，由此造成的能源浪費極為可觀。由此產生了各種不必要的損失，使系統(tǒng)溫升提高，為了維持理想的油溫，又不得不采取降溫的措施，從而進一步加劇了能量的無功消耗。因此，將節(jié)能意識融于液壓系統(tǒng)的始終，也是一項極為重要的內容。1.中包車升降四缸同步控制技術1.1中包車升降四缸同步控制的重要性在連鑄設備運行中，中包對于連鑄起到了承上啟下的作用。在連鑄開始前的準備階段，中包在預熱站進行烤包作業(yè)，而在連鑄生產開始時，大包下流的鋼水需要通過中包的緩沖、排渣后進入到結晶器中，在澆鑄過程中因為結晶器中鋼水對浸入式水口的侵蝕作用，需要不斷地對水口渣線進行調整，每一個過程都要求中包升降的平穩(wěn)，精確。四缸同步控制的意義是：第一；保證生產安全，降低操作人員的安全風險。第二；在升降過程中保證中包液面的穩(wěn)定，保證產品質量。第三；精確的調整水口的侵蝕，延長水口的使用壽命，提升生產效率。第四；保證中包排渣的平穩(wěn)。1.2采用的連接方式及控制方法中包車左、右兩側各有兩個液壓缸，同側兩缸之間有支撐中包的包臂且隨液壓缸的升降同步動作。兩側的升降控制采用柔性控制方式。每個液壓缸均有位置檢測傳感器，而其升降則有對應的比例閥對每個液壓缸單獨進行控制。整個系統(tǒng)的檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與協(xié)調同步系統(tǒng)則是通過PLC聯系起來。為了保證在連鑄作業(yè)生產的穩(wěn)定運行、生產設備的安全可靠和現場操作人員的人身安全，防止因液壓缸位置傳感器損壞造成中包車錯誤升降，其控制模式采用自動控制模式、手動控制模式兩種。1.3造成控制失敗的原因分析一是，在烤包或澆鑄過程中造成傳感器或傳感器電纜的絕緣程度惡化；二是，液壓油路或液壓傳動部分的機械特性異常；三是，控制比例閥電氣線路電氣特性不合格。1.四缸同步控制系統(tǒng)分析2.1單液壓缸的位置控制在手動模式下，單液壓缸的位置控制為單閉環(huán)控制系統(tǒng)。液壓缸設定位置與實際位置的差值，經過位置PID控制器的運算的結果對液壓缸比例閥進行控制，進而控制液壓缸的升降。當液壓缸位置傳感器通過看門狗程序檢測到損壞故障時，可以在本地操作箱進行手動控制。其控制原理是取消PID調節(jié)器，直接通過對比例閥進行開度調節(jié)操作來控制液壓缸的升降。此時需要人工介入確認現場液壓缸位置，防止危險的發(fā)生。為了防止動作過快對液壓缸造成機械損壞。在程序中設置最高和最低位置，并對動作速度進行調節(jié)。本控制系統(tǒng)采用控制四缸供油的方式實使用時所帶負載不盡相同，為了保護液壓傳動系統(tǒng)不因偏差過大造成設備的機械損壞或中包傾斜，當任意兩個液壓缸的實際位置偏差超過15mm時，將會禁止手動升降操作，所以必須通過技術手段進行四缸同步控制。首先需要對液壓缸進行機械零位校準。手動將液壓缸降到機械零位，人工確認后通過遠程標定請求進行標定。為了保證四缸動作同步，設置了自動找平程序。其程序控制邏輯為在手動操作完成后的3秒內，四缸進行自動找平，首先計算設備水平的目標位置時四液壓缸實際位置的平均值，再將目標值傳給每個液壓缸作為其設定值，最后進行單個液壓缸的位置控制。1.控制系統(tǒng)設備組成本控制系統(tǒng)采用現場操作，遠程監(jiān)控的控制模式?，F場控制設備包括本地操作箱、液壓缸位置傳感器和比例閥，與其相連的是西門子S7-400PLC可編程邏輯控制器，實時讀取液壓缸位置傳感器值，與當地操作站的控制命令結合，通過PID控制對液壓缸進行位置控制。上位機采用WINCC軟件，通過HMI畫面完成對液壓缸位置，比例閥控制的監(jiān)控。并結合相關報警信息，可以快速的分析判斷故障，提生產效率。池I-.'I圖1.四缸同步原理輸入比例改伸宜14.盛器位置悻德器池I-.'I圖1.四缸同步原理輸入比例改伸宜14.盛器位置悻德器比例延比例籬比例板泄|上叩摩；制器PI購州器扣時浙俄1.位置PID控制系統(tǒng)的實現四缸同步控制控制原理框圖如圖1所示，通過PLC程序實現。PID控制器采用增量式控制算法，相對位置式控制算法具有以下優(yōu)點：（1） 控制器的輸出量僅與近幾次的偏差量采集有關，PLC計算精度或計算誤差對控制量的計算影響小。（2） 可以有效的避免控制系統(tǒng)的積分飽和現象時，通過邏輯條件去除輸出的控制增量。提升控制系統(tǒng)的動態(tài)響應。（3） 增量式控制算法僅輸出變化的控制增量，當出現電磁干擾等影響設備的情況時，系統(tǒng)誤動影響范圍小，不會嚴重影響到系統(tǒng)的工作。五、降低系統(tǒng)能耗的措施5.1合理選擇液壓泵或馬達由于中間包升降時，系統(tǒng)的外負載為恒定值，各液壓缸負載的偏差很小，而且舉升重量比較大，因此在對系統(tǒng)設計時，應優(yōu)先考慮采用恒壓柱塞泵。因為柱塞泵與其他泵相比效率最高，而且采用恒壓供油方式，可以避免溢流損失，壓力與負載也比較接近，壓力過剩量小，流量與負載也相互匹配。因此，系統(tǒng)的功率損失小，系統(tǒng)效率高。當泵或馬達的轉速提高時，其流量成正比例增加，相對泄漏量減少，容積效率會提高，但由于轉速提高，相對滑動表面摩擦增加，機械效率降低。因此最佳轉速一般在1000?1800r/min范圍內。同時，如果馬達轉速較低,壓差較大，容積效率就會下降，其總效率也會下降，液壓泵的轉速過低時，吸油膜不易形成,機械效率就會降低。5.2合理選擇控制元件各類控制元件應根據其在系統(tǒng)中相應位置和可能出現的最高壓力和最大流量來確定其規(guī)格，不宜過大或過小。液壓閥產生的壓力損失與流量的平方成正比。為減少壓力損失，必須保證通過液壓閥的流量不超過閥本身的額定流量。同時應盡量考慮采用新型的二位插裝閥。二位插裝閥是集成元件，其內部通道連接使閥體本身無泄漏，插裝閥錐口節(jié)流損失小，元件集成式連接也起到良好的節(jié)能作用。5.3采用現代液壓技術是提高系統(tǒng)效率、降低能耗的重要手段采用定量泵和比例閥的壓力匹配系統(tǒng)，系統(tǒng)效率可提高30%；變量泵和比例節(jié)流閥、變量泵和比例換向閥、多聯泵和比例節(jié)流溢流閥系統(tǒng)，效率可提高28%?45%。節(jié)能效果更好一些的有負載信號傳感液壓泵、負載信號傳感液壓控制閥、功率匹配式液壓系統(tǒng)等。因此在設計初，可以從這些方面考慮，系統(tǒng)效率會大大提高。同時，由于比例、伺服元件及傳感器的使用，系統(tǒng)便于自動控制。而且隨著自動化等技術的進步，系統(tǒng)的控制精度會極大的提高，結構調整也比較方便。這些特點會使得中包車運行中更為平穩(wěn)，設備運行更為可靠。六、結束語液壓控制系統(tǒng)中的能量轉換環(huán)節(jié)較多，如何在保證功率和性能的前提下，提高系統(tǒng)的效率，是液壓控制技術的發(fā)展方向。系統(tǒng)的最大化效率不是單個執(zhí)行元件的最大化效率，而是各環(huán)節(jié)綜合后的最大化效率。伴隨著科技的發(fā)展及交叉學科的深度化，節(jié)能方法將會有根本性的變化。就液壓技術本身而言，節(jié)能的最有效方法就是在設計時，應盡量使泵輸出的流量、壓力與負載所要求的流量、壓力相匹配，盡量減少溢流損失。參考文獻1.油缸頂升位移不同步對整體鋼平臺性能的影響[J].王玄玄，黃玉林，趙金城. 科學技術與工程.2018(22)2.超高層低位頂升鋼平臺模架體系液壓控制系統(tǒng)設計[J].萇曉兵，湯家榮，花曉陽. 機床與液壓.2017(22)基于