Aplicaciones de sensores de desplazamiento magnetoestrictivos en sistemas AGC de laminadores de acero
¿Cómo mejoran los sensores de desplazamiento magnetoestrictivos el control automático de calibre (AGC)?
A sensor de desplazamiento magnetostrictivoDesempeña un papel fundamental en los laminadores de acero modernos al proporcionar información de posición altamente precisa para los sistemas hidráulicos AGC (control automático de calibre).
Dentro del cilindro descendente-de tornillo hidráulico, elsensor de posición lineal magnetoestrictivoMide continuamente la posición del pistón (espacio entre rodillos) y transmite datos de desplazamiento absoluto de alta-velocidad al controlador AGC. Esto permite un control preciso en bucle cerrado-del espesor de la banda y al mismo tiempo mejora la calidad del laminado y la eficiencia de la producción.
debido a sumedición de posición absoluta, operación sin-contactoy la estabilidad-a largo plazo, lasensor de posición magnetoestrictivose ha convertido en una de las soluciones preferidas para la retroalimentación de posición hidráulica en aplicaciones de laminación de acero.
Antecedentes: AGC y retroalimentación de posición
Durante el laminado de flejes y placas de acero, el espesor final está determinado por la combinación de:
Espesor del material de entrada
fuerza de rodadura
Espacio entre rodillos (tornillo-posición hacia abajo)
El sistema AGC ajusta continuamente la separación entre rodillos para mantener el espesor de la tira objetivo.
En los sistemas AGC hidráulicos, la separación entre rodillos se ajusta mediante un cilindro de tornillo-hidráulico que mueve los rodillos de trabajo o de respaldo verticalmente. La posición real del cilindro debe medirse con precisión y enviarse al controlador AGC.
A transductor de desplazamiento magnetostrictivoproporciona esta información-de posición en tiempo real. Sin una medición precisa del desplazamiento, el sistema AGC solo realizaría ajustes ciegos en lugar de un verdadero control de circuito cerrado-.
Por lo tanto, la precisión de la medición y la respuesta dinámica delsensor de posición del cilindro hidráulicoinfluyen directamente en la precisión del espesor de la banda y la calidad general del laminado.
Estructura de instalación del sensor magnetoestrictivo
Una instalación típica de AGC consta de:
Un tipo de varilla interna-sensor de desplazamiento magnetostrictivo
Un pistón equipado con un anillo magnético.
Cuerpo del sensor
La sonda de acero inoxidable-que contiene la guía de ondas se extiende hasta el cilindro hidráulico.
Se monta a través de la tapa del extremo del cilindro mediante una brida o una conexión roscada mientras permanece coaxial con el cuerpo del cilindro.
La carcasa de la electrónica permanece fuera del cilindro y contiene circuitos de procesamiento de señales junto con interfaces de salida como SSI, salidas analógicas o comunicación de bus de campo.
Anillo magnético
Se instala un anillo magnético permanente en el pistón.
A medida que el pistón se mueve, el anillo magnético se desplaza a lo largo de la sonda del sensor, permitiendo que elsensor de posición lineal absolutapara determinar la posición del pistón sin contacto físico.
Consideraciones de diseño mecánico
Para un funcionamiento confiable:
La sonda nunca debe hacer contacto con el pistón.
Se debe mantener un juego radial apropiado.
El sello de la brida y la presión nominal deben coincidir con el cilindro hidráulico del AGC.
Los materiales y componentes de sellado deben resistir temperaturas de 80 a 90 grados o más, vibraciones, golpes y contaminación que se encuentran comúnmente en las acerías.
Principio de medición
El principio de funcionamiento de unsensor de posición lineal magnetoestrictivoSe basa en el efecto magnetoestrictivo.
La electrónica genera periódicamente un pulso de corriente a través de la guía de ondas.
El anillo magnético permanente crea un campo magnético localizado.
Cuando el pulso de excitación alcanza el campo magnético, se genera una onda mecánica torsional que viaja de regreso a la electrónica.
Al medir el tiempo-de-vuelo de este pulso de retorno, el sensor calcula la posición exacta del anillo magnético y genera un valor de desplazamiento absoluto.
Porque el sistema funcionamedición de posición absolutasin contacto mecánico:
No se requiere referencia ni puesta a cero después del -encendido.
No se produce desgaste por deslizamiento.
Se logra una excelente repetibilidad y estabilidad-a largo plazo.
Se admite el funcionamiento continuo las 24 horas del día, los 7 días de la semana.
Para los sistemas AGC, esto significa que el controlador siempre conoce la posición exacta del espacio de rollo-en lugar de simplemente contar los incrementos de movimiento.
Estructura de control en el bucle AGC
Control automático de posición (APC)
Elsensor de desplazamiento magnetostrictivoMide la posición del cilindro hidráulico.
El APC compara la posición real del espacio-del rodillo con la posición objetivo y ajusta la presión hidráulica a través de la servoválvula.
En esta posición del servo bucle, el sensor sirve como dispositivo de retroalimentación principal.
Control automático de ancho (AGC)
El bucle AGC exterior compara el espesor de la tira medido con el espesor objetivo.
Utilizando modelos de fuerza de laminación, ecuaciones de resortes de molino o modelos de flujo másico-, el controlador calcula el ajuste requerido del espacio entre los rodillos-.
Luego, el comando calculado se ejecuta a través del cilindro hidráulico utilizando la retroalimentación delsensor de posición magnetoestrictivo.
Feed-Compensación directa
Las correcciones anticipadas-compensan los cambios en:
Espesor de entrada
velocidad de rodadura
fuerza de rodadura
Dado que estas correcciones modifican en última instancia la posición del espacio de giro objetivo-, la información de desplazamiento precisa delsensor magnetostrictivosigue siendo esencial.
¿Por qué los sistemas AGC prefieren la tecnología magnetoestrictiva?
Los laminadores de acero exigen sensores de desplazamiento con un rendimiento excepcional.
La tecnología magnetoestrictiva proporciona:
Resolución alta
La resolución típica alcanza aproximadamente 2 μm con una linealidad de alrededor del 0,01 % FS, lo que permite un control del espesor de la tira de alta-precisión.
Salida de posición absoluta
Después de un corte de energía, el sensor informa inmediatamente la posición real sin necesidad de referenciar.
Respuesta dinámica rápida
Las altas tasas de actualización en el rango de kHz satisfacen los rápidos ciclos de ajuste requeridos en los sistemas AGC modernos.
Fuerte rendimiento EMC
El sensor resiste las interferencias electromagnéticas generadas por motores, variadores de frecuencia y equipos de soldadura mientras mantiene mediciones estables.
Larga vida útil
Debido a que la medición se realiza sin-contacto, no hay desgaste mecánico entre la sonda y el anillo magnético.
El sistema ofrece un MTBF de hasta 20 años y, al mismo tiempo, reduce significativamente los costos de mantenimiento en comparación con los sensores de desplazamiento de tipo contacto-.
Comparación con otros sensores de posición
| Tipo de sensor | Limitación principal | Ventaja de la tecnología magnetostrictiva |
|---|---|---|
| Potenciómetro/Sensor de cable-de tracción | Desgaste mecánico, deriva, vida útil más corta | Medición sin-contacto, larga vida útil y alta estabilidad |
| LVDT externo | Carrera limitada, se requiere varillaje mecánico | Carrera larga, instalación integrada, estructura más simple. |
| Codificador/Sistema de Rejilla | Sensible a la contaminación, requiere localización | Salida de posición absoluta, sin referencia, adecuada para entornos hostiles |
Para aplicaciones hidráulicas de AGC,sensores de desplazamiento magnetoestrictivosCombine capacidad de carrera larga, alta precisión, posicionamiento absoluto e instalación en-cilindros en una solución integrada.
Aplicaciones típicas en laminadores de acero
Molinos de acabado en tándem en caliente
Los sensores magnetoestrictivos instalados dentro de los cilindros descendentes de tornillo-hidráulicos proporcionan información sobre la separación entre rodillos-al mismo tiempo que admiten cálculos de modelos de resortes de molino en línea.
Molinos de placas medianas y pesadas
Trabajo pesado-sensores de posición lineal magnetoestrictivosresisten grandes fuerzas de rodadura y proporcionan la señal de retroalimentación principal para el control hidráulico del AGC.
Molinos en tándem en frío
Los sistemas AGC de laminación en frío suelen combinar la medición de la velocidad de la banda con modelos de control de flujo másico-.
Independientemente de la estrategia de control, la carrera del cilindro hidráulico se controla en última instancia mediante retroalimentación de circuito cerrado-proporcionada por elsensor de desplazamiento magnetostrictivo.
Consideraciones de instalación en campo
Instalación y calibración
Mantenga la sonda del sensor coaxial con el cilindro hidráulico.
Mantenga la distancia correcta entre el anillo magnético y la sonda.
Realice una calibración de carrera-completa.
Alinee el punto cero del sensor con la referencia de espacio del rodillo-mecánico.
Instalación Eléctrica
Utilice cables de par-trenzado blindado.
Asegúrese de que la conexión a tierra sea adecuada.
Evite colocar cables de señal junto a cables de alta-potencia.
Habilite las funciones de filtrado y diagnóstico en el controlador PLC o AGC.
Temperatura y choque mecánico
Verifique que tanto la temperatura como la presión cumplan con las condiciones de operación del laminador.
Asegúrese de que la brida de montaje tenga una rigidez suficiente en entornos de alta-vibración.
Coordinación con otros sensores
Durante la puesta en servicio del AGC, registre datos simultáneamente de:
Medidores de espesor
Sensores de fuerza de rodadura
Sensores de desplazamiento magnetoestrictivos
Estas mediciones ayudan a los ingenieros a optimizar la ganancia de AGC, los parámetros de avance-, el filtrado y el rendimiento general del control de espesor.
Preguntas frecuentes
1. ¿Por qué se utilizan ampliamente los sensores de desplazamiento magnetoestrictivos en los sistemas AGC?
Porque proporcionan una medición de posición absoluta, sin-contacto y de alta-precisión con una excelente estabilidad-a largo plazo, lo que los hace ideales para aplicaciones hidráulicas de AGC.
2. ¿Se puede instalar un sensor de desplazamiento magnetoestrictivo dentro de un cilindro hidráulico?
Sí. Los sensores magnetoestrictivos estilo varilla-están diseñados específicamente para instalación dentro de-cilindros y proporcionan información precisa sobre la posición del pistón.
3. ¿Un sensor de posición magnetoestrictivo requiere referencia después de una pérdida de energía?
No. Dado que realiza una medición de posición absoluta, informa inmediatamente la posición real después de que se restablece la energía.
4. ¿Qué ventajas ofrece un sensor de posición lineal magnetoestrictivo sobre un LVDT?
Admite rangos de medición más largos, una instalación más sencilla dentro de cilindros hidráulicos, salida de posición absoluta y no requiere vinculación mecánica ni referenciado.
5. ¿Qué industrias utilizan habitualmente sensores de desplazamiento magnetoestrictivos?
Los sensores de desplazamiento magnetoestrictivos se utilizan ampliamente en laminadores de acero, sistemas hidráulicos, automatización industrial, máquinas de moldeo por inyección, equipos pesados y otras aplicaciones que requieren una medición precisa de la posición lineal.
