磁致伸缩位移传感器在推床的应用

磁致伸缩位移传感器在推床的应用

任鹏帅

 

 

 

 

       在中厚板生产过程中，推床是轧机不可缺少的组成设备，其中在可逆轧机的前后各设有一对推床，其基本功能是推动钢板使其与轧机中心线对中，若钢板偏离轧机中心线，轧钢过程中会出现很多问题，如钢板两边的厚度偏差较大，无法保证产品质量，严重时可能导致轧机挂框，耗费大量时间处理故障，因此保证在每道次轧钢时推床的对中精度是尤为重要的。另外推床还具有测量钢板宽度的功能，当推床将钢板推到中心位置后，推床继续向里推，液压缸压力增大到某一设定值后，推床开口度到达最小，此时推床的开口度即为钢板的宽度。无论是推床的对中功能还是测宽功能，都需要推床的位置精确，因此提高推床的位置精度是中厚板生产过程中的一个关键因素[1]。

       推床开口宽度参考值和启动信号由L1级自动化系统提供。推床开口度范围为800mm-4800mm，精度是5mm。推床靠两个液压缸驱动，这两个液压缸使用机械式同步轴来实现同步。液压缸由伺服阀进行控制。推床的压力是由推床每侧的两个压力传感器实现测量，压力传感器安装在阀台液压管路上。推床的位置由位移传感器测量，即安装在液压缸里的传感器，

1.  磁致伸缩位移传感器的原理及特点

       应用磁致伸缩技术，通过两个不同的磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置，测量元器件是一根波导管，波导管内有一个以特殊磁致伸缩材料制造成的敏感元件，当传感器的电子室产生电流脉冲后在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩作用，波导管内会产生一个应变脉冲信号，以固定的速度传输并被电子室检测到。由于应变脉冲信号在波导管里的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间就可以精确的计算出这个距离。

磁致伸缩位移传感器采用的是非接触测量方式，测量用的活动磁环和传感器自身不会直接接触，就不会产生磨损，因而使用寿命长、环境适应能力强、可靠性高、安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下也能正常工作。此外，它还能承受高温、高压和强振动[2]。

除了可靠性高的优点外，磁致伸缩位移传感器还有以下优点：

1.1 精度高

      传统的位移传感器的测量精度只有1%FS左右，由于磁致伸缩位置传感器将位移量转化为发射和返回脉冲的时间间隔进行测量，测量精度高到0.002%FS。

1.2 量程大

       磁致伸缩位移传感器的测量范围很大，适用范围很广，广泛应用于各种机械位移的测量、控制。

1.3 安装、维护方便

       磁致伸缩位移传感器可以直接放入推床液压缸内并紧固好，再安装保护套，在端子箱里完成接线。 

2    位移传感器零点的标定

       无论是推床的对中功能和测宽功能，都需要推床的位置有很高的精准度，因此在更换新的位移传感器的时候需要对其零点进行标定。标定的时候需要电气人员在服务模式下操作，同时也需要机械人员来配合。电气人员打开推床程序，进入服务模式，给定推床伺服阀的输出，使推床到达合适的位置并停止，机械人员量取从轧机中心线到每侧推床的距离，并记录数据，反馈给电气人员，电气人员将得到的数据填入程序相应侧并下发数据，在HMI界面可以看到推床两侧的实际值分别和输入的测量值是一样的，位移传感器的零点补偿值也随之变化了，位移传感器的零点标定完成。

3    推床宽度的标定

       正常的轧钢生产过程中，如果发现推床的宽度不准，或者是设备维护检修时推头被拆卸过，此时对推床的宽度标定是有必要的。 

       以本厂的推床为例，推床宽度标定有以下步骤：

推床实际位置（开口度）=推床最大位置–（位移传感器实际值+位置偏移量）推床最大位置=2400mm位置偏移量=位移传感器零点偏移量+HMI人工偏移量
        根据程序可以看出零点偏移量标定步骤：先选择服务模式；控制伺服阀输出将推床打开到2400mm，点击数据下发，程序将“0–位移传感器实际值”赋值给标定数据块中的零点偏移量。零点偏移量=0–位移传感器实际值。

        零点偏移量= –（推床最大位置时的位移传感器数值），目前该值为–50.8mm。HMI人工偏移量=HMI人工测量值–推床实际位置推床标定模式下，推床实际位置计算时，原有HMI人工偏移量自动清零，待人工测量值输入，点击数据下发后新的HMI人工偏移量生成。如果想要保证点击数据下发后推床实际位置值和HMI输入测量值一致，将以下两个等式相减：

        标定前推床实际位置（开口度）=推床最大位置–（位移传感器实际值+零点偏移量+0）HMI输入测量值=推床最大位置–（位移传感器实际值+零点偏移量+HMI人工偏移量）HMI人工偏移量＝标定前推床实际位置–HMI人工测量值推断出源程序中HMI人工偏移量计算错误，应该取反，通过上一次标定PDA数据也可以看出来。

       上一次标定时的PDA数据曲线，其中X1轴数值为标定前的推床实际位置值，X2为点击数据下发后推床实际值。对推床程序进行优化后，标定进行测试，效果良好，标定后推床宽度与实际位置偏差小于5mm，推床宽度的精确性得到进一步提升，对于提高产品质量有重要意义。

4    磁致伸缩位移传感器的常见问题

        由于磁致伸缩位移传感器具有稳定可靠的优点得到了广泛的应用，但在实际使用过程中难免会遇到一些问题，如何有效避免故障的发生也是在生产过程中应该着重考虑的内容。

        生产过程中，当发现推床位置数值出现跳动，或者是没有数值，电气技术人员就需要检查位移传感器外表是否存在损坏痕迹，以及电缆线路是不是出现破损的现象，并且使用万用表测量电缆线路对地绝缘情况，绝缘能力降低时需要及时更换线路，还需要查找线路损坏的原因，并做好预防措施，避免出现类似故障；同时也应该使用万用表测量位移传感器的参数是否在规定的范围之内，当发现位移传感器损坏后，及时更换恢复生产，传感器下线后尝试修复，并查找故障原因。

        其次应考虑传感器的供电情况，电压等级过低、过高都不行，轻则导致推床位置产生较大误差，影响轧钢，重则导致位移传感器内电容等元器件烧损，因此电压应该在位移传感器规定的范围之内；同时也应该考虑供电电源容量要保证充足，供电电源容量不足的话也会导致测量误差变大，进而影响到推床的测宽和对中功能，无法保证产品质量。因此传感器供电这一项应当引起技术人员的足够重视。

        在设备运行过程中，调频干扰和静电干扰的问题也是一个常见的问题，调频干扰和静电干扰都有可能让推床位置显示数值产生波动。所以传感器的信号线与设备的强电线路要分开线槽。信号线需要使用屏蔽线（双重屏蔽：编织网和锡包层，可以抗高、低频干扰），还有接地端子，必须保证可靠接地（抗静电干扰）。

        推床设备长时间运行中不可预知的会发生各种故障，查询PDA数据记录，发现推床一侧的位置数值异常时，应该首先检查传感器电源灯是否正常，再到电气室控制柜内检查传感器对应隔离模块的状态，可以尝试将隔离模块下的接头拔出转接到其他通道上，观察PDA实时数据情况，若数值正常，则判断推床的隔离模块出现故障了；若数值仍旧为无穷大，则判断传感器本体或控制线路存在问题。使用万用表测量电缆绝缘情况，检查电缆线路无明显损坏痕迹时，可以考虑更换传感器。

5    结束语

        通过对磁致伸缩位移传感器结构功能及工作原理的阐述分析，指出了典型的位移传感器故障产生的原因及检查处理办法，将常见故障检查处理办法编写为事故预案，组织设备点检、维护人员学习，增强故障判断处理能力，为减少设备故障时间，提升轧制节奏提供了有力保障。通过优化推床标定程序，使推床宽度标定更简便，同时推床位置显示更加精确，对于提高产品质量有重要意义。

 

 

 

 

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