板坯连铸机结晶器液压系统优化
TotalNo.188
Ex砸Edtion(1)2011
冶金设备
METALLURGICALEQUIPMENT总第188期2011年特刊(1)
板坯连铸机结晶器液压系统优化
朱学彪①
陈奎生
(武汉科技大学机械自动化学院湖北武汉430081)
摘要结合板坯连铸机结晶器振动液压系统的工作原理及常见故障,分析不同厂家性能相近的伺服阀参数及使用环境,将液压系统中的伺服元件进行优化选型,对其控制系统进行优化设计,研究结果已用于生产,设备运行状况显示液压系统优化的可靠性。
关键词结晶器电液伺服阀控制系统优化
OptimizationofSlabCasterMollldHydraulicSystem
ZhuXuebiao
(Couege
ChenKuisheng
Technolog)r,Wuh龃430081)
ofMachinery肌dAutomation,Wuh跏UIlive璐ityofscience彻d
ABSTRACT
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According£11e
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and
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sys-
par砌ete璐卸dusinge唧ironmentsofdifkremsenrovalveswhicha陀madef而mdifEbrentf如toryare蚰a-
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servo
hydraulicsystem∞corclingt0tlleoperati∞al
status.
KEYWORDS
M0uldServovalve
Con自同system0ptimization
目前,冶金行业连铸机结晶器主要采用电液伺服振动装置,可以方便地实现非正弦波形等多种振动规律、自动化程度高,是连铸生产中提高板坯表面和内在质量关键。某钢厂宽板坯结晶器采用电液伺服控制非正弦振动,引进意大利技术。结晶器液压振动系统的电控部分安装在电控室,工作环境较好,故障率低,但其核心控制元件一电液伺服阀,在系统设计时,采用了美国M00G公司的非标件,该阀采用内置放大器,安装在结晶器下部振动液压缸附近,现场恶劣的工作环境导致该伺服系统故障频繁,性能不稳定,备件紧张,影响了非正弦振动控制方式的实施,对板坯质量的提升起到很大的制约作用。
1
形、频率和振幅,只要改变曲线生成器输入信号波形、频率和振幅可在线任意设定,设定好的振动曲线信号输入给伺服阀,伺服阀即可控制振动液压缸按设定的曲线振动。
结晶器振动液压系统原理分析
结晶器非正弦振动方式在液压控制系统中主要依靠
图l液压振动结构示意图
在实际的液压系统中,板坯连铸结晶器振动由两个液压缸(元件1)同时驱动,同步精度要求较高,每个液压缸由两台内置放大器的三级电反馈伺服阀(元件7)并联控制,一台在线,一台备用。伺服阀的P、A、B口由液压锁进行控制其油路的通断,实现两伺服阀工况切换,伺服阀的
伺服阀驱动带位移传感器的振动液压缸来实现。液压振动结构示意图如图l所示。伺服阀的控制信号来自于曲线生成器,主控室内的计算机通过PLc控制曲线生成器设定振动曲线[振幅和频率)。曲线生成器通过液压缸反馈的压力和位置信号来修正振幅和频率。经过修正的振动曲线信号转换成电信号来控制伺服阀。如果改变振动波
①朱学彪,男,1978年出生,武汉科技大学在职博士研究生,讲师,发表论文15篇,主要研究方向:计算机测控技术及电液伺服系统
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朱学彪等:板坯连铸机结晶器液压系统优化
控制信号由元件4给出,经过元件5和元件6控制电液伺服阀。结晶器振动液压系统控制部分如图2所示。
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D791—4007已经停产,由Iy791—4033替代,根据实验台检测结果比较,M00GIy791—4033流量特性曲线线性度较差,在零位附近工作时性能不如原阀(D791—4007)。伺服阀正常工作周期非常短,部分新阀只能工作10天左右,订货与维修周期长,一般4—6个月,在线4台,备件近20台,耗费大量资金,由于寿命短、供货维修周期长等原因,导致备件数量巨大且经常出现正常备件衔接不上,生产难以保障。
基于上述问题,原液压伺服系统有必要进行局部改造和优化。
图2液压系统原理图
l一振动液压缸;2一位移传感器;3一信号转换器;4一主控计算机;5一PLc控制单元;6一阀放大器;7一伺服阀2原系统存在的问题及优化设计原则
1)选型问题
三级电液伺服阀D791—4007放大板为内置式,即伺服放大器安装于阀体端部的护壳里,与机械部分处于同一环境。水和蒸汽从放大器盖板和插头处浸入,放大器电子元件和插接件工作在潮湿的环境中,电子元件和线路容易相互影响、窜入干扰信号、导致干扰严重、甚至元器件腐蚀及元件短路烧损。这些都会导致系统振动,在零位时阀口出现零漂,振动液压缸上下漂移,定位精度和同步精度变差,甚至使放大板元件烧毁和报废。
2)备件问题
结晶器振动液压系统所使用的三级电反馈伺服阀
表l
3)优化设计原则
优化改造基本思路是在不改变目前阀块、管路、线缆、PLC程序的基础上进行,所有改造设备单独成一个控制回路。原因是作为在线设备的改造,如果新设备使用效果不好,在调整时间较长可能会影响生产的情况下,可以在30分钟内恢复原系统,等待下一次停机机会再调试;如果在拉钢过程中新安装的A阀组工作出现异常,则可直接按原系统控制模式切换到B阀组,不会导致连铸机产生故障,而影响浇铸,安全可靠。同时,选择性能指标能满足设备要求,用标准成熟、防水效果好的伺服阀代替目前产品。3伺服阀及控制系统优化
目前生产高品质电反馈三级伺服阀的主流厂家有
胍Ⅻom和MOOG公司,其中RE)(ROTH三级电反馈伺服
阀型号为4wsE3EE,MOOG三级电反馈伺服阀有两个系列,型号为D791和D79一100。三者的性能对比如表l所示。
REXROTH公司的4WSE3EE、M00G公司的cy791和D79—100性能参数比较
从表1可以看出M00G公司的D79一100静、动态性能比目前现场所使用的D791要差,其伺服放大器是外置式,可安装在控制室内,环境好,但其控制信号和阀芯位移反馈信号是电压信号,从控制室到现场距离太远会有信号
的衰减,且容易引入干扰,如采用该阀,虽能解决防水问题,可能引出控制系统稳定性差的问题,所以不予采用。
RExROTH公司的4WSE3EENSl6型三级电反馈伺服阀静态性能较好,动态性能稍差,虽然伺服放大器为内置
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缸侧左崮
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装置。
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式,但结构上有防水保障。该阀在防水结构上与M00GD791的区别在于:MOOGD791放大板仓室盖采用橡胶垫密封,难以压紧,水、蒸汽可浸入,损害电子电路。而
RExROTH
综合考虑各种因素,选择RExROTH的4wSE3EE型三级电反馈伺服阀替代目前工作的Iy791型阀。
在尽量少改变原控制系统和不改变PLC控制程序基础上进行改造。具体措施如下:
(1)增加Dc±15V供电
原系统上所使用的为D791内置放大器三级电反馈伺系统优化后控制系统结构图如图4所示。
4wsE3EE放大板仓室采用整体结构,其与阀体
的连接是采用0形圈密封,水、蒸汽无法浸入,电子电路工作可靠。经过现场调研其防水性能好,使用寿命长,工作稳定,满足现场要求。从安装尺寸上看,RExROTH阀比u00G阀略小,可以不必改变原来的液压阀块部分,须增IⅡ一个过渡阀板,还有足够的空间安装一体化的防护
图3控制系统框图
增加部分内容
控制里
原PLc部分
I隔离器IIo骘蒙”l
L_J控制指令信号A阀控制信号
电源
AC220V
<
掣粤
I计算机台缸反馈信号
A阀主阀芯
反馈信号
稠匝囱严率严甲严匝圃
结晶器现场
崮
右侧础
图4系统优化改造后的控制结构图
服阀供电电源为Dc24V,RExROTH的三级电反馈伺服阀供电电源为DC±15V,拟增设±15V直流电源。
(2)增加直流信号隔离器以实现信号转换与隔离
统中增设一个直流继电器,将原控制系统输出的使能控制信号引到增设的继电器上,通过继电器来控制
RExR07Ⅱ14wsE3EENsl6阀的Dc±15V电源,达到对替
原M00G所9l输入信号为±lOrIlA,主阀芯位移传感
器输出信号为4—20mA,而RExROTH4wsE3EENsl6输入信号为±10mA,主阀芯位移传感器输出信号为±10V。为了不改变原控制系统,输入控制信号不变,采用直流信号隔离器将阀芯位移反馈信号±10V转换为4—20nLA,再返回到系统;
(3)安全信号设置
原M00GD791阀放大器上有一个使能信号,可在系
换阀是否正常工作进行控制,相当于原MOOGIy791阀的使能选择功能。
系统优化后的控制框图如图4所示。将现场参数按框图可进行系统性能分析计算,以便指导各可调节参数的设置,实现系统性能优化。4结论
从电液伺服控制系统误差角度分析:由伺服阀的零
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号、压差信号。
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状态,确立不同的工作制度,由系统自动控制,取代了人工操作。
9)准确检测润滑点的供油状态,检测结果及时反馈。10)在微机上直接显示各故障点的具体位置。
11)准确判断每个润滑点、润滑元件故障,系统自带故障类型数据库。
12)远程监控,人性操作。系统真实反映每个润滑点的供油状态,现场情况一目了然,直接显示润滑点的位置,便于维护,远程设定调整润滑点供油参数,在微机上实现手/自动切换,可手动单点给油与检测,可与系统设备连锁。
5)润滑系统具有声光报警功能,可以显示故障点;具
有自动朴脂、超高压控制和堵塞指示功能。
6)润滑系统只要在工作。每个润滑点稚能获得预定的
给脂量,给脂量不会因过多而浪费。
7)现场可根据需要自由选择供油秩序,每点供油量根
据实际需要设定。
8)检测润滑脂在管道内的位移信号,区别于压力信
E控系统
临拧系统
圈l
4结束语
ZDRH一2000智能集中润滑系统布局固
统负压值,有效提高了烧结矿产量;备件消耗量有所下降;油脂消耗量也明显降低;系统始终处于自动运行状态,避免了因人为因素而造成的故障。
智骺式集中润滑系统在烧结设备上运行后,取得了良好的链暴。系统漏风量大大降低。特别是滑道之问的漏风量耱传统润滑降低50%。滑道的寿命提高5倍,提高了系(接32页)飘、死区、滞环、液压缸与振动台摩擦力等所引起的位置误差在5%以内;由位移传摩器所}|起的位置误差在∞%以内;由输入误差所引起的位置误差在20%以
内;由负载所引起的位置误差在15%以内;优化改造后具有下列功能:
1)满足结晶器原来的振动幅值和频率;
2)原系统使用D79l阀上的电磁换向阀(相当液压使能)取消,但可保持伺服阀在不通电时主阀芯偏到一侧,即P一)A,B一>T,使结晶器退回到安全位置;
3)原系统使用D791阀放大板上电气使能信号考虑保留,用该信号控制新增直流继电器对替代阀的电源进行通断,保证改造后A阀组和B阀组能够按照原控制方式进行自由切换选择;
--■}—}专■}■}■}★■}■}■}■t毒_}坐_}_}_}坐■e■-■}■}■}●●★●t_t■t_‘_t_t_}_e生_}誓}_}_}_-j-
4)宽板坯结晶器振动液压系统自2010年优化后投人正式运行,系统原有性能得以保证,板坯质量得以提升,运行效果良好,减少了液压结晶器振动台的设备故障和维修成本。
参考文献
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研究.机床与液压[J],2005(2)
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板坯连铸机结晶器液压系统优化
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
朱学彪, 陈奎生, Zhu Xuebiao, Chen Kuisheng武汉科技大学机械自动化学院 湖北武汉430081冶金设备
Metallurgical Equipment2011(z1)
1. 朱学彪 虚拟仪器技术在结晶器液压设备监测系统中的应用 2009(01)
2. 陈新元 结晶器液压伺服振动系统状态监测与故障诊断[期刊论文]-液压与气动 2006(05)3. 朱学彪;陈奎生 对于三级电液伺服阀的新型仿真与研究[期刊论文]-机床与液压 2005(02)4. 李宪奎;张德明 连铸结晶器振动技术 2000
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