磁致伸縮位移傳感器在推床的應用

任鵬帥

 

 

 

 

       在中厚板生產過程中，推床是軋機不可缺少的組成設備，其中在可逆軋機的前后各設有一對推床，其基本功能是推動鋼板使其與軋機中心線對中，若鋼板偏離軋機中心線，軋鋼過程中會出現很多問題，如鋼板兩邊的厚度偏差較大，無法保證產品質量，嚴重時可能導致軋機掛框，耗費大量時間處理故障，因此保證在每道次軋鋼時推床的對中精度是尤為重要的。另外推床還具有測量鋼板寬度的功能，當推床將鋼板推到中心位置后，推床繼續向里推，液壓缸壓力增大到某一設定值后，推床開口度到達最小，此時推床的開口度即為鋼板的寬度。無論是推床的對中功能還是測寬功能，都需要推床的位置精確，因此提高推床的位置精度是中厚板生產過程中的一個關鍵因素[1]。

       推床開口寬度參考值和啟動信號由L1級自動化系統提供。推床開口度范圍為800mm-4800mm，精度是5mm。推床靠兩個液壓缸驅動，這兩個液壓缸使用機械式同步軸來實現同步。液壓缸由伺服閥進行控制。推床的壓力是由推床每側的兩個壓力傳感器實現測量，壓力傳感器安裝在閥臺液壓管路上。推床的位置由位移傳感器測量，即安裝在液壓缸里的傳感器，

1.  磁致伸縮位移傳感器的原理及特點

       應用磁致伸縮技術，通過兩個不同的磁場相交產生一個應變脈沖信號來準確地測量位置，測量元器件是一根波導管，波導管內有一個以特殊磁致伸縮材料制造成的敏感元件，當傳感器的電子室產生電流脈沖后在波導管內傳輸，從而在波導管外產生一個圓周磁場，當該磁場和套在波導管上作為位置變化的活動磁環產生的磁場相交時，由于磁致伸縮作用，波導管內會產生一個應變脈沖信號，以固定的速度傳輸并被電子室檢測到。由于應變脈沖信號在波導管里的傳輸時間和活動磁環與電子室之間的距離成正比，通過測量時間就可以精確的計算出這個距離。

磁致伸縮位移傳感器采用的是非接觸測量方式，測量用的活動磁環和傳感器自身不會直接接觸，就不會產生磨損，因而使用壽命長、環境適應能力強、可靠性高、安全性好，便于系統自動化工作，即使在惡劣的工業環境下也能正常工作。此外，它還能承受高溫、高壓和強振動[2]。

除了可靠性高的優點外，磁致伸縮位移傳感器還有以下優點：

1.1 精度高

      傳統的位移傳感器的測量精度只有1%FS左右，由于磁致伸縮位置傳感器將位移量轉化為發射和返回脈沖的時間間隔進行測量，測量精度高到0.002%FS。

1.2 量程大

       磁致伸縮位移傳感器的測量范圍很大，適用范圍很廣，廣泛應用于各種機械位移的測量、控制。

1.3 安裝、維護方便

       磁致伸縮位移傳感器可以直接放入推床液壓缸內并緊固好，再安裝保護套，在端子箱里完成接線。 

2    位移傳感器零點的標定

       無論是推床的對中功能和測寬功能，都需要推床的位置有很高的精準度，因此在更換新的位移傳感器的時候需要對其零點進行標定。標定的時候需要電氣人員在服務模式下操作，同時也需要機械人員來配合。電氣人員打開推床程序，進入服務模式，給定推床伺服閥的輸出，使推床到達合適的位置并停止，機械人員量取從軋機中心線到每側推床的距離，并記錄數據，反饋給電氣人員，電氣人員將得到的數據填入程序相應側并下發數據，在HMI界面可以看到推床兩側的實際值分別和輸入的測量值是一樣的，位移傳感器的零點補償值也隨之變化了，位移傳感器的零點標定完成。

3    推床寬度的標定

       正常的軋鋼生產過程中，如果發現推床的寬度不準，或者是設備維護檢修時推頭被拆卸過，此時對推床的寬度標定是有必要的。 

       以本廠的推床為例，推床寬度標定有以下步驟：

推床實際位置（開口度）=推床最大位置–（位移傳感器實際值+位置偏移量）推床最大位置=2400mm位置偏移量=位移傳感器零點偏移量+HMI人工偏移量
        根據程序可以看出零點偏移量標定步驟：先選擇服務模式；控制伺服閥輸出將推床打開到2400mm，點擊數據下發，程序將“0–位移傳感器實際值”賦值給標定數據塊中的零點偏移量。零點偏移量=0–位移傳感器實際值。

        零點偏移量= –（推床最大位置時的位移傳感器數值），目前該值為–50.8mm。HMI人工偏移量=HMI人工測量值–推床實際位置推床標定模式下，推床實際位置計算時，原有HMI人工偏移量自動清零，待人工測量值輸入，點擊數據下發后新的HMI人工偏移量生成。如果想要保證點擊數據下發后推床實際位置值和HMI輸入測量值一致，將以下兩個等式相減：

        標定前推床實際位置（開口度）=推床最大位置–（位移傳感器實際值+零點偏移量+0）HMI輸入測量值=推床最大位置–（位移傳感器實際值+零點偏移量+HMI人工偏移量）HMI人工偏移量＝標定前推床實際位置–HMI人工測量值推斷出源程序中HMI人工偏移量計算錯誤，應該取反，通過上一次標定PDA數據也可以看出來。

       上一次標定時的PDA數據曲線，其中X1軸數值為標定前的推床實際位置值，X2為點擊數據下發后推床實際值。對推床程序進行優化后，標定進行測試，效果良好，標定后推床寬度與實際位置偏差小于5mm，推床寬度的精確性得到進一步提升，對于提高產品質量有重要意義。

4    磁致伸縮位移傳感器的常見問題

        由于磁致伸縮位移傳感器具有穩定可靠的優點得到了廣泛的應用，但在實際使用過程中難免會遇到一些問題，如何有效避免故障的發生也是在生產過程中應該著重考慮的內容。

        生產過程中，當發現推床位置數值出現跳動，或者是沒有數值，電氣技術人員就需要檢查位移傳感器外表是否存在損壞痕跡，以及電纜線路是不是出現破損的現象，并且使用萬用表測量電纜線路對地絕緣情況，絕緣能力降低時需要及時更換線路，還需要查找線路損壞的原因，并做好預防措施，避免出現類似故障；同時也應該使用萬用表測量位移傳感器的參數是否在規定的范圍之內，當發現位移傳感器損壞后，及時更換恢復生產，傳感器下線后嘗試修復，并查找故障原因。

        其次應考慮傳感器的供電情況，電壓等級過低、過高都不行，輕則導致推床位置產生較大誤差，影響軋鋼，重則導致位移傳感器內電容等元器件燒損，因此電壓應該在位移傳感器規定的范圍之內；同時也應該考慮供電電源容量要保證充足，供電電源容量不足的話也會導致測量誤差變大，進而影響到推床的測寬和對中功能，無法保證產品質量。因此傳感器供電這一項應當引起技術人員的足夠重視。

        在設備運行過程中，調頻干擾和靜電干擾的問題也是一個常見的問題，調頻干擾和靜電干擾都有可能讓推床位置顯示數值產生波動。所以傳感器的信號線與設備的強電線路要分開線槽。信號線需要使用屏蔽線（雙重屏蔽：編織網和錫包層，可以抗高、低頻干擾），還有接地端子，必須保證可靠接地（抗靜電干擾）。

        推床設備長時間運行中不可預知的會發生各種故障，查詢PDA數據記錄，發現推床一側的位置數值異常時，應該首先檢查傳感器電源燈是否正常，再到電氣室控制柜內檢查傳感器對應隔離模塊的狀態，可以嘗試將隔離模塊下的接頭拔出轉接到其他通道上，觀察PDA實時數據情況，若數值正常，則判斷推床的隔離模塊出現故障了；若數值仍舊為無窮大，則判斷傳感器本體或控制線路存在問題。使用萬用表測量電纜絕緣情況，檢查電纜線路無明顯損壞痕跡時，可以考慮更換傳感器。

5    結束語

        通過對磁致伸縮位移傳感器結構功能及工作原理的闡述分析，指出了典型的位移傳感器故障產生的原因及檢查處理辦法，將常見故障檢查處理辦法編寫為事故預案，組織設備點檢、維護人員學習，增強故障判斷處理能力，為減少設備故障時間，提升軋制節奏提供了有力保障。通過優化推床標定程序，使推床寬度標定更簡便，同時推床位置顯示更加精確，對于提高產品質量有重要意義。

 

 

 

 

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