高爐鼓風(fēng)靜葉伺服控制器的改進(jìn)

蘇 鵬，王會(huì)華，楊曙東

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南271100）

1 前言

伺服控制器是高爐鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)靜葉開(kāi)度的自動(dòng)化設(shè)備，該控制器通過(guò)電液轉(zhuǎn)換功能，將PLC內(nèi)部（4～20 mA）的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為靜葉伺服油缸的壓力信號(hào)，最終來(lái)調(diào)節(jié)靜葉的開(kāi)度，從而控制高爐供風(fēng)量大小。但是在運(yùn)行過(guò)程中，由于受電壓波動(dòng)或電磁干擾等諸多因素影響，使得伺服控制器控制回路的電流增大，當(dāng)電流＞0.5 A時(shí)，伺服控制器內(nèi)部線路板的保險(xiǎn)就會(huì)燒壞，則伺服控制器停止工作，使得輸出電流變?yōu)? mA。靜葉在無(wú)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的情況下瞬間關(guān)閉，導(dǎo)致高爐供風(fēng)中斷，造成高爐的“坐料”“風(fēng)口灌渣”等嚴(yán)重事故，因此必須盡快解決伺服控制器失電的問(wèn)題，提高設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性。

2 伺服閥失電原因分析

伺服控制器控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 伺服控制器控制系統(tǒng)

2.1 信號(hào)電纜未使用屏蔽電纜

伺服控制信號(hào)為（4～20 mA）模擬量信號(hào)，信號(hào)電壓為24 V，電流為毫安級(jí)別，因此信號(hào)必須使用屏蔽信號(hào)電纜。屏蔽層應(yīng)一端接地，另一端浮空。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，此信號(hào)電纜為普通電纜，無(wú)屏蔽層，導(dǎo)致此信號(hào)有可能受高壓動(dòng)力電纜影響，出現(xiàn)信號(hào)波動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間勢(shì)必導(dǎo)致伺服控制器線路板的不穩(wěn)定。

2.2 不間斷UPS電源電壓波動(dòng)

在使用專用測(cè)試工具測(cè)量后，進(jìn)入伺服控制器內(nèi)部的電源電壓在190～240 V波動(dòng)，并且波動(dòng)較大，造成伺服控制器內(nèi)部電流不穩(wěn)定。為保護(hù)伺服閥等精密儀器，伺服控制器設(shè)置0.5 A的保險(xiǎn)，因此UPS電源輸出電壓不穩(wěn)定，電源品質(zhì)差導(dǎo)致了伺服控制器保險(xiǎn)容易燒壞，導(dǎo)致伺服控制器失電。

2.3 信號(hào)電纜敷設(shè)于動(dòng)力電纜內(nèi)引起干擾

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，此信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜自現(xiàn)場(chǎng)到電子間有10 m的距離是混放在同一電纜橋架內(nèi)的，并且信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜纏繞打結(jié)。當(dāng)動(dòng)力電纜帶電時(shí)，極易在信號(hào)電纜內(nèi)部產(chǎn)生渦流干擾和高強(qiáng)磁場(chǎng)干擾。

依據(jù)檢測(cè)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，引起伺服控制器失電的原因有：伺服控制器的信號(hào)應(yīng)該采用屏蔽電纜，但是現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)采用普通無(wú)屏蔽層電纜，此電纜有10 m與高壓動(dòng)力電纜敷設(shè)在同一電纜橋架內(nèi)。在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，此模擬量信號(hào)受高壓干擾影響，信號(hào)的電壓、電流出現(xiàn)過(guò)大及波動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致伺服控制器內(nèi)部線路板卡功能降低，燒壞0.5 A的保險(xiǎn)，出現(xiàn)信號(hào)中斷現(xiàn)象。同時(shí)UPS電源品質(zhì)差，也是0.5 A的保險(xiǎn)燒壞的原因。通過(guò)改善以上3點(diǎn)缺陷，能夠暫時(shí)解決伺服控制器保險(xiǎn)燒壞的現(xiàn)象。但是如何能夠在伺服控制器出現(xiàn)失電時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)切換、靜葉保位，才是解決高爐鼓風(fēng)靜葉關(guān)閉的最佳途徑。

3 伺服控制器改進(jìn)措施

3.1 按行業(yè)規(guī)范敷設(shè)屏蔽電纜

重新將伺服控制器的信號(hào)電纜更換為屏蔽電纜，并敷設(shè)至電纜橋架層，保證信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜距離＞450 mm，并防止電纜之間有纏繞現(xiàn)象。同時(shí)信號(hào)電纜的屏蔽層剝開(kāi)后，將PLC柜端接到屏蔽地上，現(xiàn)場(chǎng)一端懸空，屏蔽地導(dǎo)線連接電阻＜1 Ω，屏蔽地電阻＜4 Ω。通過(guò)該措施實(shí)施，信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜的距離達(dá)到行業(yè)要求，使干擾源遠(yuǎn)離各測(cè)量信號(hào)，信號(hào)電纜周?chē)鸁o(wú)強(qiáng)磁場(chǎng)分布。

3.2 更換具有濾波功能UPS電源主機(jī)

UPS電源作為自控系統(tǒng)和重要設(shè)備的電源保障，必須輸出電壓（電流）穩(wěn)定、波形正常的好品質(zhì)電源，保證精密儀器設(shè)備正常運(yùn)行。在原UPS出現(xiàn)濾波差、電壓波動(dòng)大的情況下，更換了具有雙重濾波功能、穩(wěn)壓精度為0.5級(jí)的不間斷電源，有效地保護(hù)了精密自動(dòng)化設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.3 PLC內(nèi)部程序優(yōu)化

現(xiàn)場(chǎng)的靜葉位置反饋信號(hào)利用信號(hào)隔離器一分為二：一路傳輸至伺服控制器；另一路傳輸至PLC系統(tǒng)進(jìn)入伺服控制器后，經(jīng)伺服控制器內(nèi)部CPU進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。當(dāng)靜葉指令信號(hào)大于反饋信號(hào)時(shí)，伺服控制器輸出＋mA信號(hào)，靜葉打開(kāi)，反之靜葉關(guān)閉。

將進(jìn)入伺服控制器的靜葉位置信號(hào)引出，采用航空插頭將信號(hào)傳到PLC，然后在PLC程序中將原有的靜葉位置信號(hào)與伺服控制器內(nèi)部輸出的信號(hào)做比較，通過(guò)兩個(gè)信號(hào)之間的偏差來(lái)確定伺服控制器的故障與否。偏差大小可以立即檢測(cè)，偏差＞3%，即判斷伺服控制器故障或失電，PLC立即輸出指令由BD30閥模擬調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)電磁閥開(kāi)關(guān)量控制，程序描述見(jiàn)圖2。在伺服控制器不能控制BD30閥時(shí)，先將靜葉保持原位，再根據(jù)工況進(jìn)行電磁閥操作，使靜葉在30 ms內(nèi)迅速切換至電磁閥控制，實(shí)現(xiàn)控制方式的無(wú)縫轉(zhuǎn)換。

圖2 程序比較示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

伺服控制器改進(jìn)措施實(shí)施以后，伺服控制器切換正常，切換成功率達(dá)100%，伺服控制器故障現(xiàn)象明顯下降，由原來(lái)的每年7次降至0次，未出現(xiàn)1次誤動(dòng)作現(xiàn)象，避免經(jīng)濟(jì)損失22.6萬(wàn)元。提高了鼓風(fēng)機(jī)高爐送風(fēng)系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，保障了高爐的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，避免了突發(fā)性和不可預(yù)見(jiàn)性的供風(fēng)突然中斷，避免了因設(shè)備的突然停機(jī)造成的設(shè)備損害，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。