摘要：文章围绕钢厂液压机械控制系统在设备设计与制造环节中的应用展开系统研究，结合高温、多粉尘、高负荷的恶劣工况，深入剖析液压机械控制系统高负载、抗污染、耐高温的核心特点，并结合行业现状与现存问题，针对性地提出液压机机械控制系统的应用方法。通过工程实践验证该方法在提升液压设备运行精度、作业效率及长期稳定性方面的应用效果，最后展望了智能化、集成化、节能化的未来发展趋势，为钢厂液压机械控制系统的优化设计与制造提供理论参考与实践依据。

　　关键词：钢厂液压机械；控制系统；设备设计制造；智能算法；集成化

　　液压机作为钢铁工业生产中的核心生产设备，主要负责炼钢、轧钢、连铸等多道核心环节的作业任务，其控制性能和运行情况直接决定了制造产品的质量与生产效率。近年来，设备设计制造行业不断朝智能化、高效化转型，传统液压机械已难以满足高精度、高稳定性的生产需求，而控制系统作为液压机械的“中枢神经”，成为设备设计制造升级的核心突破口。当前，如何通过优化液压机械控制系统设计，解决钢厂复杂工况下设备易故障、能耗高、精度不足等问题，已成为设备制造企业重点关注的焦点话题［1］。基于此，文章深度分析钢厂液压机械特点，结合生产工况以及企业制造需求针对性展开控制系统设计，从而实现钢厂液压机械技术升级的目标。

　　1液压机械控制系统的特点

　　1.1高负载与抗冲击性

　　无论是轧钢机的轧制压力，还是连铸机的拉坯力，均要求液压机械控制系统能承受数百kN级至数千kN级的瞬时负载力，因此在设计制造当中，液压机械的油缸、液压阀组等核心装置必须具备极强的抗冲击性能，保障在负载发生变化时设备不产生结构性变形与功能失效情况［2］。

　　1.2抗污染与耐高温性

　　钢厂在生产期间会产生氧化铁粉尘、润滑油杂质，且容易混入液压系统中，同时炼钢环节周边环境温度高（50~80℃),要求液压机械油箱、密封件需采用耐高温材质，配备高精度过滤系统（精度要求为10~20μm），避免污染物堵塞油路造成系统故障。

　　1.3高响应与稳定性

　　钢铁生产期间需严控轧件厚度、连铸坯尺寸等参数，液压机械控制系统应在毫秒级内响应控制指令，并长期保持稳定运行，避免因控制系统波动造成产品尺寸偏差，导致生产中断。

　　2液压机械控制系统的现状与优化

　　2.1现状与问题

　　某大型设备设计制造企业轧钢车间液压轧机改造项目中，原车间有2台1780mm热压轧机，由于7号高炉炉前液压站与新3号高炉减压阀组液压站均采用传统液压控制系统，在长期运行后暴露出诸多问题。轧机控制系统方面，系统为传统的PID控制与分散式继电器布局，其核心矛盾体现在三个方面：其一，控制精度不足。因受轧制负载波动、油温变化等因素影响，液压的压下系统位置误差高，达到±0.05mm，超出产品厚度允许的±0.02mm偏差标准，不合格产品率高达3.2%。其二，抗干扰能力弱。线路系统复杂，易受到振动、粉尘等干扰，故障率可达2~3次/月，修复时间约为4~6h/次，停机损失多达50万元。其三，能耗结构僵化。定量泵长期满负荷运行，无动态调节机制，耗电量高，平均每年可达86×104kW·h。

　　高炉液压站主要面临油液污染情况，直接威胁到系统运行可靠性，液压油中氧化铁粉尘、水分、金属杂质超标（NAS 1638清洁度等级＞12级）等问题，导致泥炮机伺服阀频繁卡阻、油缸拉缸内漏，过去曾因泥炮机故障导致铁水烧毁设备情况，维修耗时长达18h，额外消耗20t焦炭且产生巨额的经济损失。同时，传统滤芯过滤效率较低且频繁更换，不仅运维成本高达30万元/年，并且废滤芯还容易产生二次污染。这些问题均能反映出传统控制系统在精度控制、状态感知、节能降耗等方面的不足。

　　2.2应用优化措施

　　针对上述传统控制系统中存在的精度、可靠性、能耗、维护等方面突出的问题，在新设备设计制造期间构建“精准控制-智能监测-节能净化-安全冗余”控制体系，如图1所示。

　　2.2.1复合控制算法与执行系统协同设计

　　摒弃过去的单一PID控制体系，搭建“PID+前馈补偿+交叉耦合”三层控制架构。其中，模糊控制器实时识别轧制负载波动、油温变化等影响因素，动态调节PID运行参数，包括比例系数Kp、积分时间Ti、微分时间Td；前馈补偿模块通过预判钢坯厚度偏差和轧制速度变化，提前输出调节量，将响应延迟降低至≤0.03s。针对多缸同步场景，采用交叉耦合控制系统，在四缸举升平台中，实时采集各缸LVDT位移传感器数据，计算平均位置作为基础参数，用于独立补偿各项偏差量，同步精度控制在±0.5mm。执行端应用高精度数字液压缸，其额定压下力为30000kN，搭配四通伺服阀实现“三通阀-不对称缸”控制模式，活塞杆腔内保持恒定低压，以防出现空吸和杂质污染等问题，定位精度为±0.005mm，满足热轧机APC系统标准［3］。

　　2.2.2全链路智能监测与诊断系统集成

　　在液压泵、油缸、油箱等重点部位布设多维度传感器阵列，包括量程0~30MPa，精度±0.5%FS的压力传感器、污染度传感器、振动传感器、温度传感器，通过工业以太网传输数据。设计阶段中应用CompactRIO实时控制器，负责对信号隔离处理（通道间250V隔离），在电磁阀驱动电路和传感器信号间增设光电隔离模块，以免高压干扰造成数据异常情况。系统内置故障诊断库，针对油压持续走低、阀门响应延迟等主要故障设置对应的代码（如E01、E02），触发时自动定位故障部件并推送运维建议。同时预留数字孪生接口，将各个部件运行参数实时映射到虚拟模型中，可视化监控设备运行状态，并精准预测使用寿命。

　　2.2.3节能与净化系统一体化优化

　　系统融入了“伺服电机+变量泵+余热回收”节能组合方案，伺服电机可通过变频调速的方式动态调节转速，根据轧制力需求变量泵自动调节运行排量，在低负载工况下将排量从100mL/r降至30mL/r，结合液压油余热回收装置对车间循环水预热，提高节电率。油液净化系统中采用了新型离心-真空复合净油机，转鼓以4000r/min的高速旋转产生离心力，运行中可达2000倍重力加速度，实现金属颗粒、游离水分分离，再进入负压系统（-0.095MPa负压环境）去除溶解水、气体，将含水量从改造前的0.5%降至0.01%以内，48h内可将油液清洁度从NAS 1638 12级提升至8级以下，且无需投入滤芯耗材，避免产生二次污染问题。采用“V”形结构和双回路过滤设计的油箱，有助于提升油液清洁度，有效延长油品使用寿命［4］。

　　2.2.4模块化布局与安全冗余设计

　　系统采用了集成式控制单元，独立封装控制模块、电源模块、通信模块，采用标准化接口连接方法，在设备制造阶段可极大提升组装效率，一旦发生模块故障可在30min完成快速更换。系统安全层面搭建三级联锁系统：硬件上增设紧急停止按钮（为最大操作优先级）直连继电器，触发可直接将油泵电源切断；软件上设定阈值参数，如压力阈值为28MPa、温度阈值为65℃,超限直接触发软急停；机械方面安装溢流阀用作最终保护，保证系统在极端运行工况下的安全性。采用常闭式设计的制动器，液压松闸、碟簧上闸，使用粉末冶金材质的摩擦片，可承受最大900℃的高温，制动力矩稳定在0.4以上，以免产生溜钩风险［5］。

　　2.3应用效果

　　1780mm热连轧机新设备及高炉液压站通过上述方案改造后，经过为期6个月的试运行，验证结果成效显著，具体如表1所示。

　　另外，控制系统的智能化升级还带来了可观的间接效益：中央控制系统可自动生成运行报表，减少3名现场操作人员；高炉液压系统实现“按质换油”，减少油品浪费问题，轧钢车间减少不合格品损失28万元/年，高炉区避免停机损失费用达450万元/年，综合经济效益达到500万元/年以上。

　　3未来发展趋势

　　在工业4.0、智能制造与“双碳”目标深度融合背景下，钢厂液压机械控制系统在设备设计制造中的技术迭代将聚焦“智能深度化、绿色高效化、协同一体化与安全自主化”四大发展方向。

　　3.1智能化深度升级

　　积极融合数字孪生、AI算法，在设备设计阶段，搭建“物理-数字-孪生”全生命周期模型，借助传感器阵列采集液压泵压力波动、油缸密封件磨损、油液污染度变化等各类数据，采用LSTM（长短期记忆网络）算法训练故障预测模型，提前72h预判伺服阀卡阻、泵轴磨损等故障情况，将过去的事后维护转变为预测性维护。同时，借助AI视觉检测技术，在控制系统中搭建智能化高清摄像头捕捉轧机辊缝变化、钢坯表面状态，与液压控制指令形成闭环联动，实时优化轧机运行参数。未来，AI驱动的智能控制系统在设备设计制造企业中的普及率会持续增高［6］。

　　3.2绿色高效化

　　在设备设计制造领域，能耗、环保是未来核心发展方向。除了当前伺服变量泵技术，电液混合驱动、能量回收系统也将逐渐成为主流方案，在轧制制动、油缸回程等工况下，通过能量回收马达将液压能转化为电能回馈给电网，从而进一步降低系统运行能耗。在环保方面，可降解生物基液压油将逐步取替传统矿物油，并搭配无泄漏密封技术、闭环净化系统，实现油液“零排放”目标。另外，在控制系统内集成碳足迹监测模块，用于实时统计液压系统能耗所对应的碳排放数据，为企业节能减排决策提供信息支撑。

　　3.3协同一体化与安全自主化

　　在系统集成与安全防护方面，打破系统壁垒、筑牢安全防线是实现可持续发展的重要一环。未来的液压机械控制系统将深度融入钢厂MES（制造执行系统）与ERP系统，实现设计、制造（炼钢、连铸、轧钢）、物流、销售的全流程数据互通。例如，在连铸机拉坯产生速度变化时，轧机液压控制系统通过提前调节压下力与轧制速度，从而避免截排失衡情况。并且跨设备协同控制体系可将多台液压机械的负载优化分配，降低单一设备的运行压力。在系统安全性上，通过引入边缘计算、自主控制技术，可在网络中断等极端工况下，边缘控制器独立完成核心控制逻辑，确保设备运行的连续性［7］。另外，深度融合区块链技术搭建设备运维数据存证体系，保障故障追溯与责任认定的精准性，全方位提升系统运行的安全性、可靠性。

　　4结束语

　　综上所述，钢厂液压机械控制系统运行水平，直接影响设备制造企业的生产效率、产品质量与经济效益。这就需要根据企业设计制造需求以及钢厂液压机械特点，综合采用“智能控制+集成监测+节能优化”的应用方法，后期做好系统应用验证，保障系统的应用效果。未来，智能化、绿色化、集成化技术将持续发展和成熟，钢厂液压机械控制系统融入新技术将实现更高精度、更低能耗、更优可靠性的目标，为设备设计制造行业高质量发展提供有力支撑。同时，还需加强技术研发，紧跟行业趋势，推动液压机械控制系统持续升级，助力设备设计制造产业实现智能化转型与“双碳”目标。

参考文献

　　［1］李京，马冲，郭凡，等.基于AMESim/Simulink的碳纤维成型液压机三缸同步控制系统研究［J］.机械制造与自动化，2025，54（4）：179-183.

　　［2］周凌华.超塑成形液压机电气控制系统的逻辑设计［J］.锻压装备与制造技术，2025，60（2）：67-71.

　　［3］史慧帆.双辊薄带液压机压下系统TCFPSO-PID控制优化［J］.机械管理开发，2025，40（3）：164-165+168.

　　［4］郝兴华，辛社党，周涛，等.一种多功能锻造液压机的控制系统与控制方法［J］.锻压装备与制造技术，2024，59（4）：31-36.

　　［5］杜冬雪.液压机超高压液压系统分析计算［J］.中国重型装备，2024（3）：1-4+37.

　　［6］陈柏金，刘廷君.快速锻造液压机技术现状及发展趋势［J］.锻压技术，2023，48（11）：1-6.

　　［7］彭泽兵.钢厂液压机械控制系统在设备设计制造中的应用分析［J］.中国金属通报，2019（6）：97+99.