比例阀在RH炉提升框架中的应用

常攀

文章编号：2095-6835（2016）07-0155-01

摘 要：主要介绍了如何利用液压比例阀和PID实时动态调节来实现RH炉提升框架中4台提升油缸的同步控制，从而保证RH炉提升框架的稳定、可靠运行。

关键词：PLC；PID控制；比例阀；编码器

中图分类号：TF341 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.155

湖南华菱涟源钢铁集团有限公司210转炉厂RH炉采用的是由BSEE设计的世界首套210 t钢包提升装置。该装置通过液压缸带动提升框架，将钢包提升到工艺要求的高度，使真空槽浸渍管插入到钢包中进行处理。提升框架运行的稳定性、可靠性将直接影响整个生产的正常进行，因此，相关人员应思考如何保证4个油缸能同步升降，平稳运行。

1 设计思路

从理论上来说，只要4台油缸的进油量一致，就可实现4缸同步控制，但由于提升框架动作升降行程达3 600 mm，钢包质量达320 t，而且在实际应用中，每个油缸的机械变形、机械阻力、缸内摩擦阻力不一样，加上油缸内泄等多方面的原因，使油缸动作时的同步性越来越差，偏差越来越大。对此，可利用液压比例阀对相应油缸进行补油，再利S7-300 PLC中的PID控制对比例阀进行实时动态调节，以解决4缸同步性差的问题。

2 设计方案

2.1 液压方面

油缸提升阀装置由比例阀、普通换向阀、调速阀和球阀组成。该装置正常工作时，油液通过比例阀控制液压缸升降；当比例阀出现故障时，液压缸升降通过普通电磁换向阀和调速阀控制。球阀用来控制普通电磁换向阀出油口的通断，其在正常工作时处于打开状态。利用4个比例阀和4个换向阀可分别控制对应的4个提升框架油缸。

2.2 电气方面

设计一个电气控制柜，内设PLC控制系统，以采集现场信号和控制现场阀台。那么如何利用比例阀对RH炉框架油缸进行同步控制？经过分析，结合生产工艺要求，对PLC进行编程，以达到控制要求。下面主要从电气控制方面对PLC控制系统进行介绍。

2.2.1 PLC控制系统

该系统采用了德国西门子公司的S7-300系列PLC、CPU模块、CP模块、AI/AO模块、DI/DO模块等；在硬件上，选用了主流的硬件产品，便于硬件平台的备件选择和升级换代，维护工作简单，且工作量较小，使系统易维护、易升级；采用以太网与主PLC通讯进行数据交换。

2.2.2 控制方式设计

控制方式可分为正常模式和事故模式，其中，事故模式可分为事故联动方式和事故单动方式。通过电气操作，4个油缸同步上升、下降，且带有超差保护功能，保证了设备的安全运行。每个油缸均配有相应的编码器和称重传感器，能实时反映油缸的行程和质量。当设备出现异常时，能及时报警，并进行相应的处理，保证设备的安全运行。

2.2.2.1 正常模式

油缸的升降速度通过进油总管比例阀控制，4个油缸的同步性通过比例阀调节。利用4个位置的编码器反馈回的位置信号值，在HMI画面中任选一个位置编码器作为参考对象。在STEP7软件中，以该编码器的位置值作为新的目标位置，与其他3个油缸的位置进行实时比较。当偏差值为正时，PID就减小阀的输出；当偏差值为负时，PID就加大阀的输出。通过不断地调整纠偏，最终使各油缸同步升降。

2.2.2.2 事故模式

当比例控制系统出现故障，无法正常升降时，应首先在HIM画面上切换至事故模式。如果4个油缸位置偏差较大（一般来说，大于100 mm），则通过事故单动模式提升位置较低的油缸来缩小偏差，之后利用事故联动模式将油缸升起或降落，完成当前的钢包精炼程序。在事故联动过程中，如果出现位置偏差较大的情况，则应停止联动。利用事故单动模式将位置调平（优先使用单动上升）后，继续事故联动。

事故联动：如何利用电磁换向阀调节油缸，使其同步升降？需先判断各油缸之间的高度是否超差，对油缸的位置值进行两两比较。当两个油缸的位置偏差为40 mm时，油缸位置值大的电磁阀锁定，位置值小的油缸电磁阀解锁，从而进行调节；当偏差值小于20 mm时，电磁阀解锁。

事故单动：在此模式下，可对单个油缸进行升降动作，以达到纠偏的目的。此时，各联锁控制取消。该模式一般在极端情况下使用。

3 框架油缸升降和速度的控制

当比例阀处于正常运行模式时，低速上升下降，速度为1.5 m/min，高速时的速度为2.5 m/min；当比例阀处于事故模式时，速度均为1.2 m/min。

重载时，如果钢包质量大于160 t，为防止刚开始下降时，框架油缸突然下坠不受控，会先给油缸一个上升的指令。油缸有一个上升的过程，每个油缸上升的高度必须超过2 mm，或者有一个油缸上升超过5 mm，保持5 s后，油缸才开始下降，以确保油缸平稳下降。

当高度H偏差大于100 mm，单个油缸质量大于120 t时，为防止因线路、比例阀、电磁阀损坏后液压系统还继续在调节，造成框架损坏，系统中的锁紧阀自动失电，框架不能动作，在确认现场物无异常时，可通过取消H偏差大于100 mm，油缸质量大于120 t连锁实施操作，但需密切注意现场运行状况。

4 结束语

图1为提升框架运行控制图。利用液压比例阀和PID实时动态调节来实现RH炉提升框架中4台提升油缸同步控制，可将同步偏差控制在10 mm以内，而且可以更好地调节其速度，使其动态、稳态性能更可靠。通过油缸位置超差、超重保护功能，保证了设备运行的安全性，在生产应用中取得了很好的效果。

参考文献

[1]吴麒，王诗宓.自动控制原理[M].第2版.北京：清华大学出版社，2006.

[2]洪水棕.现代测试技术[M].上海：上海交通大学出版社，2004.

〔编辑：王霞〕