煉鐵廠450m3高爐主卷揚控制系統(tǒng)改造

賈永讓

（酒鋼煉鐵廠，甘肅嘉峪關(guān)735100）

1 引言

煉鐵廠4×450 m3高爐采用主卷揚料車上料。電器系統(tǒng)采用250kW ATV68變頻器拖動220kW變頻電機，所有輸入信號全部進入PLC經(jīng)程序運算后輸出控制變頻器起動、加速、停車等動作。投產(chǎn)之初主卷揚控制系統(tǒng)故障主要是極限信號、料車不到位或料車超極限、變頻器報故障、變頻器I/O板燒損、計算機下位機死機后造成料車超極限脫軌等；主卷揚設(shè)計有兩臺極限，極限信號主要有到底、減速點（一檢點）、二檢點、輕載、重載、到頂、超極限；某個信號不到或提前到達，都迫使上料停頓，造成高爐休減風的頻次較高。

2 主卷揚控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

煉鐵廠4×450 m3高爐主卷揚控制系統(tǒng)由140CPU53414A為核心的工業(yè)計算機系統(tǒng)、變頻控制柜、零壓回路、主卷揚1CK、2CK極限組成。當爐頂受料斗γ射線料位計檢測的“料空”信號、主卷揚極限檢測的料車“到底”信號、變頻器信號正常、罐坑料倉檢測的“料滿”信號等全部進入下位計算機，經(jīng)過事先編制、調(diào)試好的程序，具備所有條件后，計算機輸出主卷揚起車信號（+24V）給變頻器，變頻器輸出頻率從0-11Hz上升，具備提升料車的力矩后主卷揚抱閘打開，料車低速（11Hz）在斜橋軌道上運行；當在爐頂?shù)牧硗庖慌_料車經(jīng)過該車的減速點（一檢點）時，信號被計算機識別后料車開始加速運行（50Hz），當該料車高速運行到該料車的一檢點后，計算機輸出減速信號給變頻器，變頻器低速（11Hz）運行，當料車到達二檢點時，二檢點信號進入計算機，計算機判斷受料斗內(nèi)不滿兩車（或三車，根據(jù)工藝要求設(shè)定）時料車繼續(xù)爬行到極限“到頂”信號到時，料車停止運行，此時料車傾翻角度在30°-50°之內(nèi)，否則料車內(nèi)的料倒不干凈或料車被提起脫離軌道；另外一臺料車到達罐坑內(nèi)裝料位置（料車上沿與礦倉漏斗下沿距離約為200mm）；單臺料車單趟運行結(jié)束。

主卷揚零壓回路由集中操作臺急停、鋼絲繩松弛復(fù)位、送零壓等轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸點、主卷揚切換柜內(nèi)的超極限繼電器（4只）觸點等組成，主要作用是主卷揚發(fā)生超極限、料車檢查、輪子加油時可靠切斷主卷揚主回路。

主卷揚極限的作用是控制主卷揚料車在斜橋整個運行過程中的停車位置（到頂位置）、加減速位置等，雙極限既相互配合又相互牽制。當一個料車的到底信號來后，另外一個料車的到頂信號也同時到，否則計算機程序不輸出。

圖1 可靠減速繼電器控制原理圖

450m3高爐主卷揚極限原設(shè)計每座主卷揚兩臺極限，由料車鋼絲繩卷筒兩側(cè)分別伸出輸出軸通過十字滑塊聯(lián)軸器帶減速機，再通過十字滑塊聯(lián)軸器連接電子凸輪控制器。每臺電子凸輪控制器由8對凸輪（凸塊）和感應(yīng)距離為0-3mm的接近開關(guān)組成。主卷揚極限的作用是確保料車準確停車，準確加、減速。

3 解決問題的方案及設(shè)計

3.1 問題表現(xiàn)

在實際運行中發(fā)現(xiàn)，原先設(shè)計的系統(tǒng)有許多漏洞，落后的控制產(chǎn)品及施工遺留問題是造成主卷揚故障、事故頻發(fā)的根源。故障、事故主要表現(xiàn)為：主卷揚兩臺極限其中1臺極限的某一個點發(fā)生故障都必須停車進行處理，而且是全靠個人經(jīng)驗操作、調(diào)整，調(diào)整不好往往造成料車超極限，甚至把料車提離軌道；計算機下位機是中低檔產(chǎn)品，死機和通訊故障時常發(fā)生（450m3高爐工業(yè)控制計算機下位機是單CPU、單通訊系統(tǒng)），下位機死機時保持死機前的輸入輸出狀態(tài)，造成料車提離運行軌道；變頻器I/O板燒損；另外電子凸輪控制器雖然是機械凸輪控制器的改良產(chǎn)品，但其精度很低、誤差較大，其結(jié)構(gòu)中間環(huán)節(jié)多，接近開關(guān)內(nèi)部電子元件壽命長短不一，影響因素多，決定了其故障率高的特性，沒有從根源上解決主卷揚要求高可靠性、較高精度的問題。

3.2 改造方案及改造后的原理圖

3.2.1 增加可靠減速繼電器

針對計算機下位機死機造成主卷揚料車脫軌的問題,在計算機輸出端增加了可靠減速繼電器，使主卷揚可靠減速，避免由于計算機死機等意外情況造成的主卷揚事故。原理如圖1所示。

3.2.2 清理線路

針對變頻器I/O板燒損的原因進行檢查分析，其主要是由于施工時用多芯電纜將變頻器24V輸入信號、220VAC信號輸送，電纜制造質(zhì)量差使交流220V竄入變頻器24V導(dǎo)致變頻器I/O板燒損。針對該問題，對不同電壓等級的信號分別用電纜分開，并且將變頻器輸出端子帶的電壓、電流表全部從變頻器輸出端子上解開，杜絕了變頻器燒損。

圖2 450m3高爐卷揚外極限改造原理圖

3.2.3 增加主卷揚外極限

圖3 450m3高爐卷揚單極限工作原理圖

圖4 450m3高爐零壓控制回路圖

圖5 450m3高爐切換柜控制回路圖

為了確保主卷揚安全運行，給主卷揚加設(shè)了外部減速點（兩個）、外部超極限點（兩個）。外部減速點的作用是確保料車可靠減速，防止料車沒有減速發(fā)生料車超極限。外部超極限的作用是當料車發(fā)生真實的超極限后，確保料車前輪不能脫軌，防止事故的擴大。

3.2.4 主卷揚程序改進

在下位程序中增加單極限工作的程序，當一臺極限出現(xiàn)故障后，操作人員選擇另一臺極限單獨進行工作。

3.2.5 引進新技術(shù)，淘汰落后的控制設(shè)備

針對主卷揚極限位置竄動、中間環(huán)節(jié)多、控制精度低、故障率高，事故損失大的問題，引進了絕對值編碼器技術(shù)，將主卷揚極限改造為智能主令控制器。智能主令控制器結(jié)構(gòu)緊湊，傳動環(huán)節(jié)少、精度高、可靠性高，主要使用了格雷碼編碼方式，徹底解決了主卷揚極限的諸多弊病。

3.2.6 增加可靠控制主卷揚抱閘繼電器

主卷揚抱閘是主卷揚準確停車的制動裝置。原設(shè)計主卷揚抱閘由變頻器I/O擴展板控制，使用幾年后，其I/O擴展板上的中間繼電器老化后動作遲緩，造成抱閘延遲下閘，引起料車因慣性超極限；為此，在下位計算機中編制程序控制中間繼電器來控制抱閘，避免了該類事故的發(fā)生。

3.3 改造后的主卷揚原理圖

如圖2所示為450m3高爐卷揚外極限改造原理圖，圖3所示為450m3高爐卷揚單極限工作原理圖，圖4所示為450m3高爐零壓控制回路圖，圖5所示為450m3高爐切換柜控制回路圖。

4 實踐效果

采取上述6項措施，利用系統(tǒng)檢修機會在4座450m3高爐上逐步進行了實施，實踐證明其極大地降低了主卷揚控制故障，運行效果良好，在上料環(huán)節(jié)為煉鐵廠450m3高爐生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。

5 結(jié)束語

4座450 m3高爐主卷揚極限改為智能主令控制器后通過近兩年的生產(chǎn)運行實踐，系統(tǒng)實際運行可靠，杜絕了主令控制器等控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致的高爐休減風故障和事故。此措施方案已在1、2號高爐主卷揚控制中得到了推廣應(yīng)用，并取得了很好效果，其對其它料車上料主卷揚控制系統(tǒng)也具有很好借鑒意義。