柳鋼煉鐵廠設(shè)備自動(dòng)化創(chuàng)新攻關(guān)實(shí)踐

陳 均

柳鋼煉鐵廠設(shè)備自動(dòng)化創(chuàng)新攻關(guān)實(shí)踐

陳 均

柳鋼煉鐵廠通過引進(jìn)格雷母線控制定位技術(shù)、AV63鼓風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)型REXA執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)改造技術(shù)以及TRT透平發(fā)電機(jī)靜葉全智能比例閥電液同步控制裝置等創(chuàng)新改造技術(shù)，解決了長期困擾一些關(guān)鍵設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)際問題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

格雷母線 REXA執(zhí)行器 驅(qū)動(dòng) 創(chuàng)新

近年來鋼鐵產(chǎn)能嚴(yán)重過剩、利用率偏低，行業(yè)利潤長期處在盈虧邊緣。為了生存發(fā)展，柳鋼提出了進(jìn)一步深化改革創(chuàng)新，穩(wěn)步實(shí)施“提質(zhì)增效、沿海轉(zhuǎn)移、多元并舉、綠色發(fā)展、資本運(yùn)作、智能升級(jí)”的六大舉措，全面推進(jìn)了企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。煉鐵廠結(jié)合自身實(shí)際，提出設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行就是最大的降成本，并針對(duì)這個(gè)主題，開展了設(shè)備全壽命周期管理攻關(guān)，實(shí)施設(shè)備設(shè)施分級(jí)管理，設(shè)備零故障攻關(guān)等活動(dòng)，同時(shí)通過引進(jìn)新工藝、新技術(shù)開展了設(shè)備技術(shù)改造，最大限度地保障了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，降低了設(shè)備采購及運(yùn)行成本。

1.供料卸料小車應(yīng)用格雷母線定位新技術(shù)

1.1 煉鐵廠槽上供料卸料小車現(xiàn)狀分析

柳鋼煉鐵廠供料槽上的卸料小車是原料均勻混配作業(yè)的專用機(jī)械，根據(jù)料倉配料料單自動(dòng)分配焦炭和各類礦石等原燃料到槽上各個(gè)料倉存儲(chǔ)，高爐根據(jù)實(shí)際工藝需求按比例經(jīng)過精確稱量后，通過槽下皮帶供給高爐冶煉使用。要實(shí)現(xiàn)卸料小車全自動(dòng)準(zhǔn)確分配卸料，小車的實(shí)時(shí)位置檢測數(shù)據(jù)就必須精確可靠。目前柳鋼部分卸料小車定位檢測數(shù)據(jù)采集方式，仍采用傳統(tǒng)PROFIBUS總線+編碼器模式，正計(jì)劃逐步實(shí)施改造。

1.2 存在的問題

（1）目前小車采用PROFIBUS總線+編碼器模式，總線電纜與其他控制電纜一起安裝到小滑車拖纜上，隨小車同步移動(dòng)。由于小車移動(dòng)頻繁，總線電纜經(jīng)長時(shí)間拉伸以及收縮后，易造成疲勞開裂甚至損壞，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通訊故障，可靠性不高?，F(xiàn)在每隔半年左右，需更換一次總線電纜，人力物力花費(fèi)很大。

（2）編碼器安裝在小車行走傳動(dòng)輪底座支架上，與傳動(dòng)輪通過接手相連，實(shí)施檢測行走數(shù)據(jù)。但小車行走過程中震動(dòng)較大，影響數(shù)據(jù)檢測準(zhǔn)確性。由于編碼器屬精密設(shè)備，易受震動(dòng)損壞，會(huì)直接引起網(wǎng)絡(luò)通訊故障，目前每隔一年需重新更換編碼器。

（3）小車定位檢測系統(tǒng)是供料自控系統(tǒng)的一部分，其通訊故障也直接影響整個(gè)供料自控系統(tǒng)的運(yùn)行，會(huì)造成物料運(yùn)輸過程紊亂，甚至發(fā)生物料混料、設(shè)備異常停機(jī)等情況，嚴(yán)重影響供料正常生產(chǎn)。由于故障處理不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致高爐斷料，直接影響高爐休慢風(fēng)的情況發(fā)生。

1.3 采用PROFINET +格雷母線新技術(shù)的情況

1.3.1 檢測原理

格雷母線位置檢測傳感器以相互靠近的扁平狀的格雷母線和天線箱之間的電磁耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時(shí)檢測到天線箱在格雷母線長度方向上的位置。為保證卸料小車的絕對(duì)安全和位置準(zhǔn)確，選擇格雷母線通訊定位裝置的精密地址檢測方式，其檢測精度為5mm。我們選擇地上檢測方式，即地址編碼發(fā)射器安裝在小車上，格雷母線直接沿皮帶托輥架敷設(shè)并用扁鋼固定，通過格雷母線接收地址信號(hào)，地址編碼接收器安裝在現(xiàn)場控制箱內(nèi)，即在地面站完成地址檢測,實(shí)時(shí)傳輸卸料小車運(yùn)動(dòng)位置的精確數(shù)據(jù)。

1.3.2 改造后的效果分析

（1）格雷母線不需要安裝到小滑車拖纜上，地址編碼器雖然固定到小車上，但只需選用一個(gè)抗拉船用電纜通過拖纜固定后，與該地址編碼器供電即可，解決了原總線電纜長期拖拉造成通訊故障以及定期更換總線電纜的麻煩。

（2）通過在現(xiàn)場控制箱增加西門子s 7-1200 MODEBUS通訊模塊，直接與格雷母線自帶MODEBUS通訊口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換采集，然后通過S7-1200與供料控制系統(tǒng)的S7-400進(jìn)行PROFINET通訊，最終采集格雷母線數(shù)據(jù)，解決了原總線通訊距離長、通訊不穩(wěn)定的情況發(fā)生。

（3）非接觸工作方式：格雷母線是通過與天線箱內(nèi)的地址編碼發(fā)射器通過電磁耦合來進(jìn)行通訊檢測，母線與發(fā)射器之間無需接觸，所以不會(huì)出現(xiàn)滑脫和磨損等故障。

（4）格雷母線檢測精度高，采用絕對(duì)位置檢測，能夠連續(xù)地、高精度地檢測絕對(duì)地址，位置檢測精度達(dá)5mm，完全能滿足卸料小車精確定位。

（5）抗干擾能力強(qiáng)：使用交叉扭絞結(jié)構(gòu)及相位檢測技術(shù)，天線箱與格雷母線兩者間隙從30mm到300mm均可正常工作，不受環(huán)境噪音和接收信號(hào)電平波動(dòng)的影響，很好的解決了原編碼器檢測方式中存在的卸料小車運(yùn)行中振動(dòng)造成的數(shù)據(jù)檢測失真和波動(dòng)。

（6）適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境：安裝在室外的格雷母線電纜、天線箱、始端箱、終端箱和段間箱,采用非金屬材料制作,采用密封工藝，耐酸、堿腐蝕，防護(hù)等級(jí)IP65，使用壽命長，能在供料生產(chǎn)區(qū)域等惡劣環(huán)境中長期可靠工作。

2.AV63鼓風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)型及REXA執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)改造技術(shù)

2.1 AV63鼓風(fēng)機(jī)靜葉控制現(xiàn)狀分析

高爐鼓風(fēng)機(jī)是高爐的“心臟”，通過調(diào)節(jié)角度實(shí)現(xiàn)向高爐送風(fēng)，以提供高爐中燃燒的焦炭和噴吹燃料所需的氧氣，同時(shí)提供足夠的的鼓風(fēng)動(dòng)能，以克服送風(fēng)系統(tǒng)和爐內(nèi)料柱的阻損。柳鋼煉鐵廠AV63鼓風(fēng)機(jī)原靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用派克MOGE液壓伺服閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)，為該伺服調(diào)節(jié)系統(tǒng)專門配一套液壓油站系統(tǒng)，采用兩臺(tái)30KW油泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)。原控制系統(tǒng)存在的不足:

（1）原液壓油站系統(tǒng)由于場地限制導(dǎo)致循環(huán)油路長，油液中容易出現(xiàn)雜質(zhì)，過濾器容易堵塞，最終導(dǎo)致伺服閥堵，靜葉無法動(dòng)作或卡死，從而影響高爐生產(chǎn)。

（2）在生產(chǎn)中鼓風(fēng)機(jī)靜葉需根據(jù)高爐生產(chǎn)工況隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以動(dòng)力油壓力必須滿足一定要求，液壓控制系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)的任何故障，都極易使液壓油壓力出現(xiàn)波動(dòng)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停機(jī)，從而影響高爐生產(chǎn)。

（3）原系統(tǒng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，兩臺(tái)30KW的油泵電機(jī)必須24小時(shí)不間斷運(yùn)行，年電費(fèi)消耗達(dá)10多萬元，且還有整個(gè)液壓油站的日常維護(hù)費(fèi)開支。

2.2 美國REXA集成式電液執(zhí)行器技術(shù)

REXA靜葉調(diào)節(jié)執(zhí)行器是專用于軸流風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)服務(wù)的微處理器控制和集成式電液執(zhí)行器，是液壓、機(jī)械、電子和控制技術(shù)的有機(jī)結(jié)合體，具有電動(dòng)操作簡易、液壓動(dòng)力、固態(tài)電子器件可靠及控制簡單靈活的特點(diǎn)。由于采用伺服電機(jī)控制技術(shù)，且采取自身內(nèi)部油液循環(huán)系統(tǒng)，具有劃時(shí)代意義的電液一體化電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，被譽(yù)為面向21世紀(jì)的環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。

REXA靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)由控制箱、動(dòng)力模塊（伺服電機(jī)控制系統(tǒng)）和兩個(gè)伺服油缸以及連接管路組成；其中，兩個(gè)油缸分別固定在軸流壓縮機(jī)的兩側(cè)，通過連桿、手槍板等組件與軸流壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)缸連接，動(dòng)力模塊固定在軸流壓縮機(jī)一側(cè)的動(dòng)力油缸上，通過不銹鋼鋼管與兩個(gè)動(dòng)力油缸連接。

2.2.1 改造后的效果分析

（1）REXA執(zhí)行器采用封閉式液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，無需外供油源或氣源，所以取消了原液壓伺服閥控制系統(tǒng)和液壓油站，避免油液大循環(huán)導(dǎo)致的雜質(zhì)多、伺服閥容易卡阻等情況發(fā)生，且該系統(tǒng)維護(hù)成本低。

（2）改造后系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)節(jié)能，取消了原液壓伺服閥控制系統(tǒng)和液壓油站，從而節(jié)約原兩臺(tái)30KW油泵長期運(yùn)行產(chǎn)生的電費(fèi)，節(jié)能效果明顯。

（3）采用集成型模塊化結(jié)構(gòu)，液壓系統(tǒng)中無需過濾器、空氣過濾器和冷卻器，維護(hù)簡單方便，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（4）REXA靜葉調(diào)節(jié)動(dòng)力模塊采用伺服電機(jī)控制，控制精度更高、響應(yīng)速度更快，且系統(tǒng)不受液壓油波動(dòng)造成系統(tǒng)保護(hù)停機(jī)，系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定可靠。

3.TRT透平發(fā)電機(jī)靜葉全智能比例閥電液同步控制裝置

3.1 TRT透平發(fā)電機(jī)靜葉驅(qū)動(dòng)現(xiàn)狀及存在問題

柳鋼TRT透平機(jī)靜葉原驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，采用液壓伺服閥單邊驅(qū)動(dòng)，TRT兩側(cè)靜葉調(diào)節(jié)油缸存在運(yùn)行不同步現(xiàn)象。根據(jù)電腦監(jiān)測運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄分析，兩側(cè)調(diào)節(jié)油缸位置偏差最大在6%左右，且運(yùn)行過程中，兩個(gè)油缸速度不一致。由于運(yùn)行不同步，導(dǎo)致靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)常承受剪切應(yīng)力，2號(hào)高爐和6號(hào)高爐TRT調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接板多次出現(xiàn)斷裂。一旦調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接板發(fā)生斷裂，將直接導(dǎo)致TRT長時(shí)間不能正常運(yùn)行，影響發(fā)電和產(chǎn)生噪聲污染。

3.2 引進(jìn)靜葉全智能比例閥電液同步控制裝置

TBLF-D-SBS型全智能比例電液控制機(jī)構(gòu)組成部分為主系統(tǒng)電氣部分、副系統(tǒng)電氣部分和機(jī)械液壓部分。該系統(tǒng)提供一種透平智能高精度冗余同步電液系統(tǒng)，通過兩個(gè)控制器同時(shí)控制兩側(cè)靜葉驅(qū)動(dòng)油缸，自行修正透平TRT機(jī)組快速調(diào)節(jié)產(chǎn)生振蕩累積的偏差，使伺服控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓湍流不超過允許值的頻率，同步小于設(shè)定偏差運(yùn)行。

3.2.1 改造后的效果分析

（1）通過兩個(gè)控制器同時(shí)獨(dú)立控制兩側(cè)靜葉驅(qū)動(dòng)油缸，自行修正透平TRT機(jī)組快速調(diào)節(jié)產(chǎn)生振蕩累積的偏差，保證兩伺服油缸的同步性和可靠性，同時(shí)又保證了相關(guān)設(shè)備的安全性。當(dāng)兩邊角度偏差大于2.5%時(shí)發(fā)出報(bào)警提示信息，角度偏差大于3%時(shí)機(jī)構(gòu)保護(hù)鎖死，必須人為確認(rèn)原因后方可解除，防止產(chǎn)生過大的剪切應(yīng)力致使連接板斷裂。

（2）采用主副雙冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)能有效提高高爐頂壓和相關(guān)控制參數(shù)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。

（3）可靠性更高，由于TRT靜葉雙油缸采用獨(dú)立閉環(huán)控制，即使各自液壓缸負(fù)載不平衡和阻力有偏差，也能保證靜葉同步運(yùn)行。

（4）由原液壓伺服閥控制改造為電液比例閥控制的成本更低，對(duì)工作油液清潔度要求不高，但抗污能力強(qiáng)，大大降低了由于油液清潔度問題造成的控制系統(tǒng)失靈的故障，提高了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

4.結(jié)束語

在科技發(fā)展日新月異的今天，企業(yè)必須緊跟科技進(jìn)步的浪潮不斷創(chuàng)新求進(jìn)，進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)核心競爭能力。柳鋼煉鐵廠通過自主技術(shù)創(chuàng)新以及新技術(shù)引進(jìn)，不斷優(yōu)化生產(chǎn)控制設(shè)備及流程，促使生產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定高效運(yùn)行，為生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的設(shè)備保障。

（作者單位：柳州鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）