靜葉比例閥控制系統改造應用*

李立奎

(萊蕪鋼鐵集團粉末冶金有限公司，山東萊蕪 271104)

0 引言

靜葉控制系統一般采用用電液伺服閥控制方式［1-3］。電液伺服閥具有響應時間短、工作可靠等優點，但在生產實踐中發現，靜葉伺服控制系統出現的一些故障包括控制信號丟失、跟蹤滯后、位置傳感器故障等，會造成靜葉大幅波動甚至全開或全關，嚴重影響了設備調控效果。

1 存在問題的分析

萊鋼集團粉末冶金公司的電爐機組靜葉開度均由電液伺服閥來控制。其靜葉調控系統工作原理為:有自控系統發出的指令信號，在伺服控制器中與油缸的實際位置信號比較，成為誤差信號放大后，送入電液伺服閥。伺服閥按一定的比例將電流信號轉變成液壓油量推動油缸運動。由位置傳感器發出的反饋信號不斷改變，直至與指令信號相等時，油缸停止運動。油缸的直線運動，通過一套曲柄轉變成靜葉的旋轉運動，改變敬業的開度。隨著系統信號的不斷變化，透平靜葉的開度也將不斷改變，從而達到控制及組轉速，控制煤氣流量、控制高爐頂壓的目的［4］。

在熟知其工作原理后，對設備的運行情況進行實時監控跟蹤，記錄所有相關數據并一起分析研究，確認了目前靜葉伺服控制系統存在的主要問題如下。

1.1 對動力油油質的要求

當前，對電爐機組所用動力油的油污染等級要求為8級以下(NAS1638標準)，而電液伺服廠家提供的產品說明中要求伺服閥對動力油油質為6級或更好，當前動力油系統達到6級的污染登記難度相當高。因此，在生產過程中，經常出現伺服閥堵塞現象，導致伺服閥動作不靈敏，動作過程振動大，萊鋼粉末冶金公司曾出現過因伺服閥振動大導致不銹鋼供油管道振裂的問題。

1.2 電液伺服閥控制系統不具備鎖位功能

電液伺服閥控制系統不具備鎖位功能。對于電液伺服閥控制系統一旦發生電液伺服閥輸入或輸出信號丟失、調節器跟蹤滯后、靜葉位置傳感器故障和電磁失電等情況，電液伺服閥控制系統將出現靜葉異常動作，從而導致機組存在著嚴重的控制隱患，影響了設備穩定和生產順行。

因此，如何有效消除電液伺服閥控制系統缺陷，確保機組在出現信號故障時能夠維持穩定的運行狀態，對于提升設備穩定運行顯得非常必要。

2 靜葉控制改造思路和技術分析

2.1 改造思路的確定

根據靜葉伺服控制系統的現狀和存在的不足，為解決此問題，最終選擇了用電液比例閥代替電液伺服閥的技術改造方案。

2.2 伺服閥控制系統與比例控制系統技術比較

采用電液比例閥代替電液伺服閥，主要問題是在控制精度和響應時間上的區別，采用大流量高品質的電液比例閥，恰好解決了此問題。下面將從油質要求、結構特點、影響時間等方面進行比較說明。電液 伺服閥與電液比例的參數對比如表1所列。

表1 電液伺服閥與電液比例閥參數對比

從表中可以看出，電液伺服閥和電表比例在油質要求上線相差大，比例閥較伺服閥的油質要求低3個級別，這就給生產中動力油的過濾工作帶來幾大好處，大大降低了TRT動力油過濾成本，同時也避免了因油質輕微污染造成了伺服閥堵塞而導致伺服閥動作不靈敏、工作振動大等問題。從以上對比分析看處，在油質要求、工作穩定性等方面，電液比例閥具有明顯的有優秀。

3 靜葉控制改造實施過程

將原有的電液伺服閥更換為過濾閥臺，在現有伺服閥二級過濾器周圍安裝電液比例閥集成箱，將過濾閥臺與電液比例閥集成箱通過高壓膠管連接，原伺服閥的供回油管道不做改變［5］。

在PLC安裝與比例閥配套的智能型控制器來控制比例閥動作，代替原伺服閥的素服拉制器。PLC系統稍做或調整以適合于比例閥控制模式，控制室到現場的布線不作任何改變。第一步，再遠閥塊附近安裝新的閥臺;第二部步，取下伺服閥，安裝上相同安裝尺寸的油路過渡閥臺，將壓力油回油和負載油路通過此塊和高壓軟管引出道心制作的閥臺;第三部步，在控制室安裝ⅠSA控制器，連好線路后調校。

4 結論

現場試驗和運行試驗表明，改造后，靜葉控制精度和動態響應、靜葉油缸全行程時間，故障鎖位功能均達到或優于改造指標，同時爐頂壓波動一直控制在±1000兆帕范圍內，更好地穩定了高爐生產。同時具備自動鎖位功能的電液比例閥靜葉控制系統，有效解決了以下難題:

(1)輸入信號丟失鎖位功能:當位置控制信號超過正常的信號范圍(4～20 mA)時，控制器將油缸就地鎖位;一旦信號恢復到正常的范圍，則鎖位自動解除。該功能主要是針對信號傳輸先斷開或PLC信號從輸出錯誤時，避免油缸按照錯誤指令誤動作。

(2)反饋信號丟失鎖位功能:一旦靜葉位置傳感器的反饋信號超出正常范圍則使油缸就地鎖位;待信號回復后側鎖位自動解除。該功能的設置主要避免因位置傳感器故障而導致的油缸誤動作。

(3)跟蹤信號鎖位功能:對于控制器發出的信號進行跟蹤，一旦其發虧信號和輸出信號在規定時間內誤差超出正常范圍時，則使油缸就地鎖位;待恢復正常后則鎖位功能在輸出和反饋一致時解除。該功能的設置主要是避免因油缸的卡澀、比例閥堵塞動作遲緩的故障時對高爐頂壓造成的波動。

(4)斷電鎖位功能:在控制系統失去電源后，油缸立刻就地鎖位。

［1］ 許有熊.新型壓電式電-氣PWM比例閥的研究［J］.中國機械工程，2009(14):21-25.

［2］ 田秀平.冷床裙板比例閥和兩級馬達液壓控制［J］.液壓與氣動，2014(3):42-46.

［3］ 宋宗南.新型比例閥用動磁式電機械轉換器［J］.微特電機，2013(12):52-55.

［4］ 鄭凱鋒.比例閥控制非對稱液壓缸系統的非線性建模與仿真［J］.液壓與氣動，2013(4):67-71.

［5］ 嚴榮松.工業爐氣質轉換分析與比例閥應用研究［J］.工業爐，2013(1):16-19.