智能閥門定位器在煉鋼的應用

李賀元

[摘要]隨著計算機技術(shù)進入PC時代以及在煉鋼自動化過程控制中的廣泛應用，新型智能閥門定位器逐漸取代了傳統(tǒng)閥門定位器，成為當前煉鋼自動化過程控制中最主要的閥門定位器。氣動調(diào)節(jié)閥具有可靠、準確、快速功能完善且操作簡潔容易的特性在煉鋼生產(chǎn)中得到廣泛的應用。在煉鋼工藝上調(diào)節(jié)過程是產(chǎn)品質(zhì)量的重要保障，如何選擇符合生產(chǎn)的調(diào)節(jié)閥及閥門定位器尤為重要。本論文首先對煉鋼工藝過程控制中氣動調(diào)節(jié)閥應用范圍及重要作用進行闡述，其次對傳統(tǒng)的閥門定位器和新型智能閥門定位器進行分析研究，主要對其原理、性能、操作、使用、控制進行闡述。最后參考西門子PS2系列閥門定位器在煉鋼工藝中使用情況進行總結(jié)。

[關(guān)鍵詞]氣動閥門定位器；氧槍；底吹；過程控制

[中圖分類號]TG435+2 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0199-02

一 引言

隨著煉鋼工藝的發(fā)展，工業(yè)自動化過程控制尤其重要。煉鋼過程控制主要包括汽包三沖量調(diào)節(jié)過程控制，氧槍冶煉過程氧氣、氮氣調(diào)節(jié)過程控制，轉(zhuǎn)爐冶煉過程中底吹過程控制，LE爐冶煉過程吹氬攪拌控制等，這些環(huán)節(jié)對鋼產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全有很大的影響。冶煉周期內(nèi)包含自動調(diào)節(jié)控制汽包液位、氧氣壓力流量控制，鋼水在爐內(nèi)均勻成分時的氬氣流量控制；粗鋼經(jīng)過LE爐進行精煉作業(yè)時進行鋼包氬氣攪拌的流量控制。這些控制全部來源于自動化過程控制中主要組成部中的調(diào)節(jié)閥，而鋼產(chǎn)品質(zhì)量取決于上述工藝過程，故過程控制的質(zhì)量決定于鋼產(chǎn)品質(zhì)量。

過程控制質(zhì)量取決于過程控制儀表，包括傳感器、控制單元、執(zhí)行器以及各種輔助裝置。執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成，按驅(qū)動行式分為液動、電動、氣動執(zhí)行器三種，而氣動執(zhí)行器（又稱氣動調(diào)節(jié)閥）以壓縮空氣為動力能源的一種執(zhí)行器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠，性能穩(wěn)定、價格低廉、維修方便等特點，一直都是煉鋼工藝中常用的產(chǎn)品。

為了調(diào)節(jié)閥能夠精確調(diào)整介質(zhì)流量，改善調(diào)節(jié)閥使用精度，執(zhí)行機構(gòu)上都安裝閥門定位器。閥門定位器是啟動調(diào)節(jié)閥的主要附件，與調(diào)節(jié)閥配套使用，接受系統(tǒng)給定信號，以閥門定位器的輸出信號進行比較來調(diào)節(jié)閥門開度，通過閥桿反饋信號與調(diào)節(jié)閥給定信號的偏差進行精確調(diào)節(jié)閥門開度。

二 傳統(tǒng)閥門定位器的基本原理

氣動閥門定位器按輸入信號類型分為機械力平衡閥門定位器和電氣閥門定位器。氣動閥門定位器接收控制器輸出氣壓信號，然后產(chǎn)生和控制器輸出信號成比例的氣壓，用以控制薄膜型氣動調(diào)節(jié)閥。改變噴嘴和擋板的距離可以改變噴嘴處壓力，通過凸輪反饋的形狀確定流量特性。氣動閥門定位器工作原理如圖2.1所示，當控制器來的信號P1增大時，波紋管1就伸長，并推動擋板13以反饋凸輪5為支點逆時針偏轉(zhuǎn)，于是擋板13就接近噴嘴15，噴嘴反向壓力增大，反向壓力經(jīng)過放大器14放大后，輸出壓力迅速上升，使膜頭8壓力增大閥桿帶動反饋桿9向下移動，和反饋凸輪5繞支點4順時針偏轉(zhuǎn)使擋板與波紋管1為支點做逆時針偏轉(zhuǎn)，于是擋板13離開噴嘴15，是輸出壓力下降，此時閥桿向下移動引起負反饋作用，此時一定的壓力信號就對應一定的閥位信號。

電氣閥門定位器的輸入信號為0～20mA或4～20mA信號，輸出為氣壓信號，其工作原理如圖2.2所示。它的工作原理是力矩平衡原理，當電流通過力矩馬達線圈兩端時，它與永久磁鋼作用后，對杠桿產(chǎn)生間矩，于是擋板接近噴嘴，經(jīng)放大器放大后輸出壓力通入執(zhí)行機構(gòu)的氣缸，通過反饋凸輪拉伸反饋彈簧，彈簧對主杠桿的反饋力矩與輸入電流作用在主杠桿上的力矩平衡時，一定的電流信號對應一定的閥位信號。“

電氣閥門定位器在使用過程中因受機械力影響、材質(zhì)不同、環(huán)境不同造成平衡系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，需要經(jīng)常進行調(diào)整，既增加了維護人員的工作強度，同時也對正常的過程控制產(chǎn)生了影響，對煉鋼的生產(chǎn)的安全穩(wěn)定造成巨大的隱患。

三 智能閥門定位器的基本原理

3.1 智能閥門定位器由微控制器、電氣轉(zhuǎn)換單元和閥位傳感器組成取代了氣動閥門定位器的機械力平衡機構(gòu)，使其具備當前控制方式，并減少了機械力平衡的調(diào)整，簡單容易操作，提高了工作性能，工作原理如（圖1、2）所示。在調(diào)節(jié)閥器給定4～20mA信號和閥位反饋實際值進行比較，通過運算，比較偏差大小和方向輸出電控信號到電氣轉(zhuǎn)換單元，控制輸出氣壓信號調(diào)整執(zhí)行機構(gòu)氣室壓力、流量，從而控制調(diào)節(jié)閥的閥桿和閥芯變化。智能閥門定位器的軟件由監(jiān)控程序和功能模塊兩部分組成，前者使閥門定位器各硬件電路能正常工作并實現(xiàn)所規(guī)定的功能；后者提供了各種功能，供用戶組態(tài)。各種智能閥門定位器，由于其生產(chǎn)廠家或具體用途和硬件結(jié)構(gòu)不同，所包含的功能模塊在內(nèi)容和數(shù)量上有較大差異。

3.2 智能閥門定位器優(yōu)點：

3.2.1 定位精度和可靠性高

3.2.2 流量特性易于修改

3.2.3 具有診斷和檢測功能

3.2.4 零點、量程調(diào)整簡單

3.3 一般智能閥門定位器可以在組態(tài)模式下對如下設置進行組態(tài)：

3.3.1 輸入電流范圍0至20mA或4至20mA；

3.3.2 設定點上升或下降特性；

3.3.3 定位速度限值（給定值斜率）；

3.3.4 分程；可調(diào)整起始值和滿刻度值；

3.3.5 響應閾值（死區(qū)）：自動設定或人工設定；

四 西門子PS2智能閥門定位器Ⅲ

SIPART PS2系列閥門定位器現(xiàn)場監(jiān)視窗有三個按鍵和雙行LED顯示可實現(xiàn)簡潔的操作和編程。工作模式分為手動模式、自動模式、組態(tài)模式和手動操作模式，如（圖3）所示。主要參數(shù)參考sIPART PS2系列閥門定位器用戶手冊。

五 結(jié)論

綜上所述，針對提釩煉鋼一廠內(nèi)不同重點部位，對直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的重點調(diào)節(jié)過程需要使用新型智能閥門定位器的執(zhí)行器，這樣可以對提高產(chǎn)品質(zhì)量和提高控制精度起到至關(guān)重要的作用。

參考文獻

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