中包升降四缸同步控制的实现

1、中包升降四缸同步控制的实现摘要：中包车是支承运载中包的特殊车辆。连铸工艺要求中包在浇钢前须预热， 然后才能进入连铸机浇注位，接受钢水。在进入浇钢位置的过程中，为保护水口， 中间罐必须升起，当到达浇钢位置后还需将升起的中间罐进行调整，使水口对准 结晶器中心。所以，中包车必须具备走行、升降和内外弧微调的功能。中包的升 降一般由四个分别由比例阀独立控制的液压缸完成，本文着重介绍如何在自动化 控制系统中实现四个液压缸升降同步。关键词：连铸机；中包；升降由于液压控制方便，结构简单紧凑，所以现在大部分中间包升降都采用液压 控制。然而中间包的负载不均衡性、液压元件使用寿命及泄漏等题，中间包升降 控制同步精度

2、往往不能满足生产要求，这对浇钢过程中浸入式水口的对中极为不 利，严重时还可能产生漏钢。因此进行新的同步控制系统的研究已经非常必要。 1目前主流的多缸同步控制有以下几类：多个普通节流阀或者调速阀同时使用这种控制方式控制多个油缸同步动作，多使用在同步要求不是很高或者同步 功能可以通过机械刚性连接的场合，特点是控制简单，维护方便，投资成本低。 比如马钢长材事业部的钢坯翻转台就使用这种控制方案，这个钢坯翻转台布置在 生产线之外，用于对下线钢坯进行翻转检查和处理，由于其用于线外设备，且对 同步要求并不是很高，达到基本同步即可满足工艺参数。这种同步控制方式成本 低，基本不需要控制系统参与同步控制，使得调试

3、和维护工作非常简单，达到了 既满足工艺动作要求，又满足投资成本控制的要求。但是这种控制方式并不适用 于中包升降这样对精度要求较高的场合。2分流集流阀分流集流阀又称速度同步阀，是分流阀、集流阀、单向分流阀、单向集流阀 的总称。它们在液压系统中，可使同一系统中的24个相同的执行元件，无论 负载大小如何，均能达到速度同步的运行目的。自调式分流集流阀是在分流集流 阀基础上，增加了流量、压力自调节能力，使得该阀可以适应大流量、压力变化 范围和大偏载工作条件。这种控制方式属于开环控制，只能适用于简单动作，对 精度要求不高的场合。同步马达同步马达是由加工精度较高的若干个旋转液压马达通过一根刚性轴连接而成 的

4、，它将液压系统中的液压油均匀的分配到各个液压缸，从而实现其速度上的同 步。从其原理上可以得知，同步精度受同步马达的加工精度影响极大，而且并不 能消除累计误差。加工精度越高，其成本越高。比例阀配合液压缸位置传感器这种控制方式特点是同步精度非常高，能够时刻保持同步，而且频响可以达 到较高的水平；且投资成本低，但是控制方式比较复杂。在设备要求精度较高的 状态，推荐使用这种方式。在中包升降中。要求四个油缸要求完全同步，且四个 油缸间基本没有机械刚度，同时，四个油缸经常往复运动，对这类要求非常苛刻 的同步控制，只有采用这种控制方式来实现。基于以上分析，我们在马钢长材事业部2#连铸机的大修改造中，对原中包

5、 升降的控制进行了彻底的改造，采用的就是比例阀+液压缸内置位移传感器的控 制方式。由液压系统实现中包的上升或下降。有四个独立的液压缸，每个液压缸都内 置MTS位移传感器，来检测液压缸的上升/下降实际位置。控制系统给每个比例 阀发出控制信号，驱动相对应的液压缸上升/下降。四个液压缸以东南角为原点，顺时针编号，分别为1#缸，2#缸，3#缸，4# 缸。控制系统读取每个液压缸的MTS位移传感器数据来判断缸的位置和速度，给 各个液压缸缸生成方向和速度命令，控制系统将每个缸的位移传感器测量值相互 比较，然后调节各个缸比例阀的输出信号，使4个缸任一时刻最大位置偏差小于 3 mm。四个液压缸升降同步控制采用P

6、ID闭环自动控制：在升降过程中，首先给每 个液压缸设定一个主给定信号，控制系统读取的位移传感器的值采集后经过处理 得到该液压缸的实际位置，然后根据操作信号，通过控制系统输出的给定信号， 最终驱动液压缸动作到目标位置。四缸同步以一个液压缸作为主缸，其它作为从 缸来进行控制。如果以1#缸作为主缸，一号缸的移传感器处理得到的位置值作 为位置基准值，1#缸比例阀的开口度设定来自于主给定信号。将2#缸的位移传感 器处理得到的位置值与1#缸位移传感器处理得到的位置值的差值作为闭环调节的 反馈值，调节输出作为附加给定与主给定信号相加，把此作为2#缸比例阀开口度 的给定信号，从而实现2#缸位置的闭环控制；同样

7、3#、4#缸也同2#缸类似处理， 另外当任意两个缸的位置差超过3mm时给定受限。通过以上的控制方法实现了 四个升降液压缸的同步控制。如果位置差超过20mm，发出声光报警信号，通知 现场操作人员及时进行检修。在中包浇注过程中，由于阀和密封元件的老化会不可避免的产生内泄，从而 导致液压缸在没有给定动作信号的情况下发生位移。这对于正常的生产来说是一 个极大的隐患，严重的会导致中包溢钢事故，对人身安全和设备安全造成极大的 威胁。因此在中包升降操作中应加入同步保持功能。中包车升降同步保持功能，是在每次上升或者下降动作结束时，控制系统自 动读取结束时的四个液压缸的平均值作为同步保持的基准，这个基准值可以在

8、控 制系统上读取和修改，每个液压缸会单独去和基准值比较，如果发生液压缸内泄 等情况，差值超过3 mm，液压缸会轻微调整，以保持其高度。为了安全，如果 某个液压缸与基准值的差值在极短时间内大于20mm，那么这个液压缸就不参与 同步保持。除了 位置偏差报警外，控制系统上还将显示位移传感器故障，有两种情况 可以触发这个故障信息：1.控制系统监视每个位移传感器的信号变化，如在 100ms内，传感器的位置变化超过50mm并持续500ms。2.当传感器的信号超量 程，并持续500ms。当位移传感器故障发生后，相对应的液压缸就不再参与同步，例如某个缸位 移传感器发生故障，此时中包升降的操作中，仅仅是其它三个液压缸进行相互比 较并同步，故障缸只能以主给定信号来上升或者下降。升降动作停止后，也只是 其它三个液压缸进入同步保持状态。经过改造以后的中包升降控制系统，实现了在升降过程中动态误差不超过3 mm，且能在液压缸发生轻微内泄的情况下长时间的维持同步高度。其功能完全 满足生产要求，保证了生产的顺利进行。参考文献丘铭军，郭星良，杨拉道,艾春璇.“T