摘要：文章以某一连铸项目中间罐车为例，介绍了换向阀控制油缸升降时，四个油缸同步升降，减小偏差的控制方法。
关键词：液压缸；同步；PLC；梯形图
引言：
连铸是炼钢生产中一个重要工艺，是炼钢厂中最后一道工序同时也是一个重要环节。而在连铸项目中，中间罐车又是一个重要设备。连铸生产中，中间罐在浇钢前先预热（一般预热到1100℃），然后通过走行电机驱动进入浇钢位置，接收钢水。钢水进入中间罐车后，由滑动水口流入每流的结晶器中。在进入浇钢位置的过程中，为保护水口不致损坏，中间罐车必须升起。当到达浇钢位置后，需将升起的中间罐进行反复的升降调整，使水口对准结晶器中心。所以，中间罐车必须具备走行、升降和横向微调的功能。本文对中间罐车走行不再赘述，主要阐述升降过程中的自动控制。
目前中间罐车升降主要靠液压提供动力驱动。中间罐车四角各有一个液压缸，共同动作控制其升降。液压缸主要有同步缸和非同步缸两种。同步缸采用机械同步，电气控制相对简单，不必单独控制每个油缸，只要整体控制液压系统即可。但是整个液压设备造价较高。因此，很多项目采用了电控独立液压缸。每个独立油缸机械上无直接联系，相对独立，可单独控制。每个油缸配有位置传感器，用来监控油缸的实时位置。然后经过PLC读取位置信号并经过计算后，控制油路中的比例阀控制或换向阀从而控制油缸的升降。本文中所阐述的为换向阀控制油缸的升降方式。
1.系统构成
1.1 PLC系统硬件配置
本套连铸机控制系统采用西门子公司的S7-1500系列可编程控制器。依据工艺流程的划分，本项目设置9个独立的PLC系统。这9个PLC系统由一个公用系统及8个铸流系统构成。
公用系统监控的部分为大包回转台、中间罐车、各个液压站、公共部分相应阀台以及捞钢机和翻转冷床。铸流系统为8个相同的系统，这8个系统无论硬件配置与程序都是相同的。本文中所介绍的内容主要就是公用系统，铸流系统与本文无关因此不再赘述。
公用系统CPU为Siemens S7-1500系列，主站内配置有电源模块、1515-2PN CPU模块。CPU通过PROFINET现场总线连接各个远程站，各个远程站主要为PLC柜各个IO模块组及电气室外操作台、液压站操作箱内的IO模块组。公用系统各个变频器全部挂在PROFINET网络上。
中间罐车所在的公用系统与铸流各个系统之间，通过以太网连接，进行程序内部所需的数据交换，并且与上位机连接，实现画面的监视与控制。
本文所描述的中间罐车升降控制中，与PLC连接的主要设备为位置传感器和电磁换向阀。位置传感器返回4~20mA模拟量信号，返回的模块为8通道4线制模拟量输入模块。控制电磁换向阀的为16点开关量输出模块。
1.2位置传感器
本项目中，中间罐车每个液压缸使用一个单独的位置传感器。本项目采用巴鲁夫传感器。传感器需要接入四根线，其中两根为24V电源线，另外两根为4~20mA模拟量信号的信号线，信号线接入PLC模拟量输入模块。
1.3电磁换向阀
要想控制液压缸升降，PLC系统最终控制的就是电磁换向阀。本项目中，要控制一个中间罐车一共需要控制6个电磁阀，有些电磁阀为双电磁铁，一共需要控制11个电磁铁，每个电磁铁控制电压为24V。
电磁铁规划见下图：
其中，ZB1-YVH2-1为1#共用电磁阀，ZB1-YVH1-1为2#共用电磁阀，ZB1-YVH2-2~ ZB1-YVH2-5为1~4#油缸电磁阀，每个电磁阀有a，b两个电磁铁。ZB1-YVH2-2~ ZB1-YVH2-5这 1~4#油缸电磁阀分别对应各油缸的位置传感器，简称为1~4#油缸传感器。下文中将不再列出电磁阀编号，只用本段文字中名称描述。
2.功能实现
2.1 快速上升过程
需要中间罐车快速上升时，按下“快速上升”按钮，1#共用电磁阀b电磁铁得电，所有油缸快速上升，当 4 个位置传感器中所反馈的某个位置与其中最高的位置之差的绝对值大于 5mm 时，与其所对应的1~4#油缸电磁阀的b电磁铁（1#油缸电磁阀的b电磁铁对应1#油缸传感器）得电，直到四缸位置差的绝对值小于1mm时该电磁铁失电。当达到预定位置需要停止时，按下“快速停止”按钮，1#共用电磁阀b电磁铁失电。
如果此时四个油缸位置的最大值与最小值的差值的绝对值还大于 5mm，则低位油缸所对应的电磁阀的b电磁铁继续得电，直到位置差的绝对值小于 1mm 时该电磁铁失电。中间罐车处在固定位置工作状态时，此四个调节阀全时跟踪调整。以处于高位的油缸作为基准，低位油缸对应的电磁阀 的b电磁铁得电失电随时调节。）在上升过程中及在固定位置时，如果低位油缸所对应的电磁阀的电磁铁得电后，位置差值还继续加大，当大于10mm时，发出“油缸油路严重故障”警报并停止本次工作。
主要编程思路如下：
2.2 快速下降过程
需要中包快速下降时，按下“快速下降”按钮，1#共用电磁阀b电磁铁、2#共用电磁阀a电磁铁得电，中包快速下降，当4个位置传感器中所反馈的某个位置与其中最低的位置之差的绝对值大于5mm时，与其所对应的电磁阀的a电磁铁得电，直到位置差的绝对值小于 1mm 时该电磁铁失电。当达到预定位置需要停止时，按下“快速停止”按钮，1#共用电磁阀b电磁铁、2#共用电磁阀a电磁铁失电。
当停止动作后，四个油缸继续进行实时调整，调整方式与快速上升停止后的动作相同。
主要编程思路参照“快速上升”。
2.3 缓慢上升
需要中包缓慢上升时，按下“缓慢上升”按钮，1、2#共用电磁阀均不得电。只是1~4#油缸电磁阀的b电磁铁得电，中包缓慢上升，当1~4#位置传感器中所反馈的最高的位置与最低位置之差的绝对值大于5mm时，处于最高位油缸所对应的电磁阀的电磁铁b失电，直到位置差的绝对值小于1mm时该电磁铁继续得电。
当达到预定位置需要停止时，按下“缓慢停止”按钮，所有电磁铁失电。此时，PLC对油缸位置继续进行运算，如果此时四个油缸位置的最大值与最小值的差值的绝对值还大于 5mm，则低位油缸所对应的电磁阀的b电磁铁继续得电，直到位置差的绝对值小于 1mm 时该电磁铁失电。中间罐车处在固定位置工作状态时，此四个调节阀全时跟踪调整。以处于高位的油缸作为基准，低位油缸对应的电磁阀 的b电磁铁得电失电随时调节。）在上升过程中及在固定位置时，如果低位油缸所对应的电磁阀的电磁铁得电后，位置差值还继续加大，当大于10mm时，发出“油缸油路严重故障”警报并停止本次工作。
主要编程思路：
2.4 缓慢下降：
需要中包缓慢下降时，按下“缓慢下降”按钮，1、2#共用电磁阀均不得电。只是1~4#油缸电磁阀的a电磁铁得电，中间罐车缓慢下降。当4个位置传感器中所反馈的最低的位置与最高位置之差的绝对值大于5mm时，与处于最低位油缸所对应的电磁阀的电磁铁a失电，直到位置差的绝对值小于1mm时该电磁铁继续得电。
当达到预定位置需要停止时，按下“缓慢停止”按钮，所有电磁铁失电。此时，PLC对油缸位置继续进行运算，实时调整方法与“缓慢上升”相同。
主要编程思路参照“缓慢上升”。
3.结束语
本文粗略的介绍了连铸工艺中，换向阀控制中间罐车升降的运转方式。该项目投产以来运行平稳，安全可靠，较人工手动控制显著提高了生产效率，有效的避免了事故的发生。在具体应用中，可根据工艺要求及设备的具体形式对开关和控制方式作相应的调整。
在此项目及类似项目中应注意以下几点：
（1）由于现场各个位信号引回至电气室PLC柜，施工时应采用屏蔽阻燃控制电缆。为便于接线，最好采用软电缆。另外根据每个项目的不同情况，如果有通过热区的情况，应采用耐高温阻燃屏蔽软电缆。
（2）传感器引出线芯数较多，且每个项目传感器选型不同，应仔细查看对应的说明书，找到信号线颜色的对照关系，仔细接线。
（3）如果某个传感器损坏或信号线断开，那么该油缸就会出现失控情况，造成事故。因此经常检查传感器及接线是否完好。并且在程序中加入此功能。
总体来讲，这种中间罐车控制方法简便有效，安全耐用，大大提高了生产效率和安全性。
论文作者:陶海斌
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/15
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