攀鋼高爐系統(tǒng)的非接觸式皮帶打滑檢測(cè)

秦澤天

(攀鋼釩煉鐵廠,四川攀枝花617000)

攀鋼高爐系統(tǒng)的非接觸式皮帶打滑檢測(cè)

秦澤天

(攀鋼釩煉鐵廠,四川攀枝花617000)

二線制24VDC接近開關(guān)可作為一種非接觸式的皮帶打滑檢測(cè)手段,選取直徑合適的接近開關(guān)替代原有的接觸式打滑檢測(cè),在攀鋼高爐膠帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)中大量運(yùn)用。對(duì)接近體、相關(guān)檢測(cè)及程序進(jìn)行設(shè)計(jì),并針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)一步處理,優(yōu)化檢測(cè)脈沖及DCS控制邏輯,防止打滑檢測(cè)信號(hào)誤報(bào)引起皮帶誤停,在保障生產(chǎn)順行的前提下,避免接觸式檢測(cè)可能對(duì)皮帶造成的傷害,防止皮帶長(zhǎng)時(shí)間打滑引起壓料,保障高爐供料,降低生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度。

打滑檢測(cè);非接觸式;DCS;接近開關(guān)

1 引言

攀鋼煉鐵廠現(xiàn)有的高爐當(dāng)中共有兩種上料方式,料車上料和運(yùn)輸膠帶上料,料車上料能力比較有限,而運(yùn)輸膠帶是冶金企業(yè)極為普遍的運(yùn)輸設(shè)備,用以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸物料,且對(duì)物料的傳輸具有持續(xù)性,有極高的上料能力,因此廣泛用于1 000m3以上大高爐,運(yùn)輸膠帶也成為了冶煉物料運(yùn)輸?shù)牟欢x擇。

然而此類運(yùn)輸設(shè)備在運(yùn)行中皮帶松動(dòng)、機(jī)械卡阻造成皮帶打滑是一種常見故障,皮帶打滑經(jīng)常導(dǎo)致物料堆積、灑料等上料受阻現(xiàn)象,隨著卡阻和物料堆積,電機(jī)負(fù)荷猛增,甚至燒損電機(jī),嚴(yán)重影響高爐生產(chǎn)順行。2011年9月11日,攀鋼新三號(hào)高爐返礦皮帶機(jī)減速機(jī)故障,致使物料堆積,影響高爐生產(chǎn)205min,造成了不小的經(jīng)濟(jì)損失和人力物力負(fù)擔(dān)。因此,實(shí)施一種成本低廉而行之有效的打滑檢測(cè)勢(shì)在必行。

打滑檢測(cè)的方式有多種,按檢測(cè)方式主要分為接觸式和非接觸式兩種。常見的接觸式打滑檢測(cè)器主要由從動(dòng)輪、電磁感應(yīng)器、信號(hào)生成三部分組成,當(dāng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值之上,電磁感應(yīng)器利用類似發(fā)電機(jī)原理使兩銅片接觸,檢測(cè)線路導(dǎo)通,該裝置成本較高,而且在復(fù)雜工況使用中則可能會(huì)出現(xiàn)從動(dòng)輪卡死磨損,甚至劃傷皮帶的現(xiàn)象。非接觸式打滑檢測(cè)器中比較典型的是單片機(jī)打滑報(bào)警裝置,主要由高靈敏度非接觸式探頭、單片機(jī)信號(hào)處理單元和報(bào)警單元組成,其成本亦不低,而且其精密程度較高,在攀鋼煉鐵廠復(fù)雜工況中難以正常發(fā)揮作用。

接近開關(guān)是一種非接觸式檢測(cè)元件,在使用過程中無機(jī)械磨損,壽命長(zhǎng),安全可靠[1],綠色環(huán)保,精度高,成本低廉,并可良好的嵌入攀鋼煉鐵廠的DCS控制系統(tǒng)。

2 控制邏輯組態(tài)

高爐工藝復(fù)雜,控制環(huán)節(jié)眾多,因此控制系統(tǒng)一般都用集散控制系統(tǒng),而西屋Ovation系統(tǒng)集過程控制及企業(yè)管理信息技術(shù)為一體,其靈活開放的編程環(huán)境、站點(diǎn)功能分散獨(dú)立、工具庫功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)使得該系統(tǒng)成功應(yīng)用于攀鋼四號(hào)高爐。Ovation系統(tǒng)工具庫是一組先進(jìn)軟件程序的集合,它主要包括I/ O組態(tài)工具、點(diǎn)生成器、安全建立器、任務(wù)下載工具、工程圖建立器、點(diǎn)組建立器、系統(tǒng)管理工具[2]。

首先是I/O組態(tài),使用的是Ovation組態(tài)工具“Power Tool”菜單中的“I/O Builder”,且設(shè)定I/O接口卡、槽(模塊)等需遵循一定的規(guī)律,以便于查找和維護(hù),見圖1。一個(gè)控制器下最多有兩個(gè)I/O接口卡,每個(gè)I/O接口卡下最多有8個(gè)分支,每個(gè)分支最多有8個(gè)模塊。按照攀鋼的模塊定義規(guī)則,將所用的數(shù)字量輸入模塊定義為C6P1B4S5。

圖1 I/O模塊定義規(guī)則

其次是點(diǎn)的組態(tài)。點(diǎn)的命名也是需要遵循一定規(guī)律,以便于維護(hù)。對(duì)攀鋼四號(hào)高爐溝下區(qū)域的6套皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),由于打滑檢測(cè)用的是二線制接近開關(guān),故在O-vation控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊上接入6個(gè)DI點(diǎn)。I/O組態(tài)中,我們已經(jīng)定義了一塊16位DI模板,點(diǎn)定義時(shí)使用“Power Tool”菜單中的“Point Builder”工具,按照廠內(nèi)的規(guī)范從低到高依次按規(guī)范定義點(diǎn)名,見表1。

表1 編碼器數(shù)字量輸入點(diǎn)名表

最后是邏輯組態(tài),也是最關(guān)鍵的部分,程序設(shè)計(jì)的好壞直接決定運(yùn)行效果和效率。在I/O和點(diǎn)組態(tài)完成之后,下裝控制器,當(dāng)控制器中存在所需的6個(gè)定義點(diǎn)時(shí),控制回路組態(tài)時(shí)才能引用該點(diǎn)?？刂苹芈方M態(tài)器(CB)是一個(gè)在AutoCAD基礎(chǔ)上開發(fā)的圖形編輯軟件,即“Power Tool”菜單中的“Control Builder”,它主要適用于建立在控制器上運(yùn)行的控制邏輯。算法塊豐富,可直接調(diào)用[3-4]。按照該工具的組態(tài)規(guī)則組態(tài)控制回路,其程序流程圖見圖2。

圖2 打滑檢測(cè)程序流程圖

圖中數(shù)字信號(hào)未發(fā)生跳變延時(shí)時(shí)間是打滑判定依據(jù),可以隨時(shí)調(diào)整,它是由正常情況下檢測(cè)所得脈沖的實(shí)際周期和頻率,并根據(jù)生產(chǎn)需要修正而來。主要控制邏輯為跳變延時(shí)判定,如果檢測(cè)到信號(hào)持續(xù)10s(默認(rèn)值,最多30s)沒有跳變產(chǎn)生,則判定為皮帶打滑或皮帶未運(yùn)轉(zhuǎn),如果皮帶運(yùn)行指令仍然存在,則認(rèn)為該皮帶已發(fā)生打滑現(xiàn)象,并停皮帶,只有在崗位人員確認(rèn)并復(fù)位之后才能重啟皮帶,如此就能避免沒有及時(shí)采取措施導(dǎo)致的壓料、停料。

3 電氣控制

接近開關(guān)按原理主要分為電感式、電容式、霍爾式、光電式超聲波式等,選用電感式接近開關(guān),它屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器,大多用于閥門的開關(guān)位置檢測(cè),由LC高頻振蕩器、信號(hào)觸發(fā)器和開關(guān)放大器組成[5]。而市面上的電感式接近開關(guān)的輸出形式主要有DC五線制、DC二線制、AC二線制、AC五線制等幾種。攀鋼四號(hào)高爐主要使用的是DC二線式接近開關(guān),接線簡(jiǎn)單,對(duì)電纜等材料消耗較少,并使用DC24V中間繼電器進(jìn)行電氣隔離,極大提高了系統(tǒng)安全性。其電氣原理圖見圖3。

圖3 電氣原理圖

在皮帶尾輪上安裝的接近體根據(jù)尾輪大小來設(shè)計(jì),為同曲率的圓弧結(jié)構(gòu),配合DCS控制器中100毫秒掃描周期的控制邏輯,保證了脈沖的均勻程度和DCS對(duì)檢測(cè)信號(hào)的分辨率。由于控制邏輯主要是檢測(cè)跳變信號(hào),故接近開關(guān)和中間繼電器選擇常開或常閉輸出均可。

4 改進(jìn)措施

在實(shí)際應(yīng)用的過程中,絕大多數(shù)常轉(zhuǎn)皮帶的打滑檢測(cè)均能正常發(fā)揮作用,然而焦炭皮帶卻常常發(fā)生誤報(bào)誤停,導(dǎo)致物料灑落,耽誤高爐上料。

攀鋼四高爐焦炭皮帶的工藝較其他皮帶有很大不同,它有變頻器、接觸器兩套系統(tǒng),而且不是常轉(zhuǎn),而是間歇運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)中間稱量斗需要備焦炭時(shí),皮帶才運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)轉(zhuǎn)過程也有兩級(jí)轉(zhuǎn)速,備料之初皮帶以一級(jí)轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)中間斗的稱量值與給定值相差達(dá)到一定值之后皮帶逐漸降速為二級(jí)轉(zhuǎn)速,當(dāng)稱量值達(dá)到預(yù)停值之后皮帶才逐漸停止。

生產(chǎn)崗位人員根據(jù)實(shí)際下料情況,修訂的無跳變延時(shí)時(shí)間為6s,即檢測(cè)信號(hào)超過6s無跳變則認(rèn)為皮帶打滑并停機(jī)。將該無跳變延時(shí)時(shí)間修改為1分鐘之后,通過數(shù)個(gè)上料周期對(duì)DCS中焦炭打滑檢測(cè)信號(hào)的歷史趨勢(shì)進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)該趨勢(shì)前半程脈沖周期為2s左右且均勻,后半程脈沖頻率周期都逐漸增大,周期最長(zhǎng)時(shí)有20～30s之多,直至皮帶停止。這種現(xiàn)象與焦炭皮帶的兩級(jí)變頻轉(zhuǎn)速的工藝特點(diǎn)有很大關(guān)系。正常使用時(shí)也是皮帶變速之后才誤報(bào)打滑進(jìn)而停機(jī),所以對(duì)焦炭皮帶打滑檢測(cè)的控制邏輯進(jìn)行改進(jìn),其程序流程圖見圖4。

圖4 改進(jìn)后程序流程圖

將中間斗的稱量值變化引入打滑判定,檢測(cè)信號(hào)如果6s以上無跳變并且中間斗稱量變化量小于50kg(默認(rèn)值,可修改)時(shí),才認(rèn)為皮帶打滑。改進(jìn)后至今均未再出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象。

5 結(jié)論

DC24V的兩線制接近開關(guān)在攀鋼四號(hào)高爐皮帶打滑檢測(cè)中的大量應(yīng)用,對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的電氣及DCS控制邏輯進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中,根據(jù)個(gè)別皮帶的工藝的特殊性,對(duì)控制邏輯進(jìn)行了調(diào)整,防止打滑報(bào)警的誤報(bào)和皮帶誤停,進(jìn)而節(jié)約了清理灑落焦炭的人力物力,防止事故擴(kuò)大化,同時(shí)也保障了上料過程的順利進(jìn)行。DC24V接近開關(guān)小巧輕便,而且價(jià)格僅為接觸式打滑檢測(cè)器1/50左右,選用該方法極大降低了生產(chǎn)成本,并且其非接觸式檢測(cè)手段可以避免皮帶劃傷、設(shè)備磨損帶來的損失,提高了檢測(cè)壽命和安全性。

[1] 郭建文.非接觸式皮帶打滑檢測(cè)裝置:2010全國(guó)機(jī)械裝備先進(jìn)制造技術(shù)高峰論壇論文匯編[C].廣州.2010.

[2] 張紅光,李福才.熱工控制系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)(Ovation控制系統(tǒng))[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[3] Ovation系統(tǒng)軟件組態(tài)手冊(cè)(Solaris操作系統(tǒng)).上海西屋控制系統(tǒng)有限公司.2005.8.

[4] Ovation Algorithms Reference Manual[J]. Rev3.R3-1100(Rev3).Emerson Process Management Proprietary Class 2C.

[5] 鄭重一.接近開關(guān)原理及其應(yīng)用[J].百度文庫1003-0492(2003)05-0031-04.

Scan the Belt’s Skid without Contact in Pan Steel’s Blast Furnace

QIN Ze-tian

(Pan steel puddling factory,Panzhihua 617000,Sichuan,China)

Double line approach switch can be used as a method of Scanning belt skid.These approach switches use 24 volt d.c.And choose the right diameter,Instead of Scanning the belt’s skid with contact,and widely used in Pan steel’s belt system.Design approach object,inspect method,process programme,ameliorate them in order to solve new problem,avoid wrong signals stop the belt.Ensure production is the first important,so avoid the damage by belt’s skid with contact and the material’s excessive accumulate,can ensure the material’s supply,reduce the cost of producing and maintenance.

belt skid,quantitative determination,spectrophotometer method,fluorescent method

1001-5108(2016)04-0073-04

TF321.3

B

秦澤天,助理工程師,主要從事電氣及計(jì)算機(jī)自動(dòng)化工作。