攀鋼高爐系統的非接觸式皮帶打滑檢測

秦澤天

(攀鋼釩煉鐵廠,四川攀枝花617000)

攀鋼高爐系統的非接觸式皮帶打滑檢測

秦澤天

(攀鋼釩煉鐵廠,四川攀枝花617000)

二線制24VDC接近開關可作為一種非接觸式的皮帶打滑檢測手段,選取直徑合適的接近開關替代原有的接觸式打滑檢測,在攀鋼高爐膠帶運輸機系統中大量運用。對接近體、相關檢測及程序進行設計,并針對實際應用中出現的問題進一步處理,優化檢測脈沖及DCS控制邏輯,防止打滑檢測信號誤報引起皮帶誤停,在保障生產順行的前提下,避免接觸式檢測可能對皮帶造成的傷害,防止皮帶長時間打滑引起壓料,保障高爐供料,降低生產成本和勞動強度。

打滑檢測;非接觸式;DCS;接近開關

1 引言

攀鋼煉鐵廠現有的高爐當中共有兩種上料方式,料車上料和運輸膠帶上料,料車上料能力比較有限,而運輸膠帶是冶金企業極為普遍的運輸設備,用以進行遠距離傳輸物料,且對物料的傳輸具有持續性,有極高的上料能力,因此廣泛用于1 000m3以上大高爐,運輸膠帶也成為了冶煉物料運輸的不二選擇。

然而此類運輸設備在運行中皮帶松動、機械卡阻造成皮帶打滑是一種常見故障,皮帶打滑經常導致物料堆積、灑料等上料受阻現象,隨著卡阻和物料堆積,電機負荷猛增,甚至燒損電機,嚴重影響高爐生產順行。2011年9月11日,攀鋼新三號高爐返礦皮帶機減速機故障,致使物料堆積,影響高爐生產205min,造成了不小的經濟損失和人力物力負擔。因此,實施一種成本低廉而行之有效的打滑檢測勢在必行。

打滑檢測的方式有多種,按檢測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器主要由從動輪、電磁感應器、信號生成三部分組成,當從動輪轉速達到一定值之上,電磁感應器利用類似發電機原理使兩銅片接觸,檢測線路導通,該裝置成本較高,而且在復雜工況使用中則可能會出現從動輪卡死磨損,甚至劃傷皮帶的現象。非接觸式打滑檢測器中比較典型的是單片機打滑報警裝置,主要由高靈敏度非接觸式探頭、單片機信號處理單元和報警單元組成,其成本亦不低,而且其精密程度較高,在攀鋼煉鐵廠復雜工況中難以正常發揮作用。

接近開關是一種非接觸式檢測元件,在使用過程中無機械磨損,壽命長,安全可靠[1],綠色環保,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。

2 控制邏輯組態

高爐工藝復雜,控制環節眾多,因此控制系統一般都用集散控制系統,而西屋Ovation系統集過程控制及企業管理信息技術為一體,其靈活開放的編程環境、站點功能分散獨立、工具庫功能強大等優點使得該系統成功應用于攀鋼四號高爐。Ovation系統工具庫是一組先進軟件程序的集合,它主要包括I/ O組態工具、點生成器、安全建立器、任務下載工具、工程圖建立器、點組建立器、系統管理工具[2]。

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

圖1 I/O模塊定義規則

其次是點的組態。點的命名也是需要遵循一定規律,以便于維護。對攀鋼四號高爐溝下區域的6套皮帶運輸系統進行設計,由于打滑檢測用的是二線制接近開關,故在O-vation控制系統的數字量輸入模塊上接入6個DI點。I/O組態中,我們已經定義了一塊16位DI模板,點定義時使用“Power Tool”菜單中的“Point Builder”工具,按照廠內的規范從低到高依次按規范定義點名,見表1。

表1 編碼器數字量輸入點名表

最后是邏輯組態,也是最關鍵的部分,程序設計的好壞直接決定運行效果和效率。在I/O和點組態完成之后,下裝控制器,當控制器中存在所需的6個定義點時,控制回路組態時才能引用該點。控制回路組態器(CB)是一個在AutoCAD基礎上開發的圖形編輯軟件,即“Power Tool”菜單中的“Control Builder”,它主要適用于建立在控制器上運行的控制邏輯。算法塊豐富,可直接調用[3-4]。按照該工具的組態規則組態控制回路,其程序流程圖見圖2。

圖2 打滑檢測程序流程圖

圖中數字信號未發生跳變延時時間是打滑判定依據,可以隨時調整,它是由正常情況下檢測所得脈沖的實際周期和頻率,并根據生產需要修正而來。主要控制邏輯為跳變延時判定,如果檢測到信號持續10s(默認值,最多30s)沒有跳變產生,則判定為皮帶打滑或皮帶未運轉,如果皮帶運行指令仍然存在,則認為該皮帶已發生打滑現象,并停皮帶,只有在崗位人員確認并復位之后才能重啟皮帶,如此就能避免沒有及時采取措施導致的壓料、停料。

3 電氣控制

接近開關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,它屬于一種有開關量輸出的位置傳感器,大多用于閥門的開關位置檢測,由LC高頻振蕩器、信號觸發器和開關放大器組成[5]。而市面上的電感式接近開關的輸出形式主要有DC五線制、DC二線制、AC二線制、AC五線制等幾種。攀鋼四號高爐主要使用的是DC二線式接近開關,接線簡單,對電纜等材料消耗較少,并使用DC24V中間繼電器進行電氣隔離,極大提高了系統安全性。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尾輪大小來設計,為同曲率的圓弧結構,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對檢測信號的分辨率。由于控制邏輯主要是檢測跳變信號,故接近開關和中間繼電器選擇常開或常閉輸出均可。

4 改進措施

在實際應用的過程中,絕大多數常轉皮帶的打滑檢測均能正常發揮作用,然而焦炭皮帶卻常常發生誤報誤停,導致物料灑落,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,而且不是常轉,而是間歇運轉,當中間稱量斗需要備焦炭時,皮帶才運轉。運轉過程也有兩級轉速,備料之初皮帶以一級轉速運轉,當中間斗的稱量值與給定值相差達到一定值之后皮帶逐漸降速為二級轉速,當稱量值達到預停值之后皮帶才逐漸停止。

生產崗位人員根據實際下料情況,修訂的無跳變延時時間為6s,即檢測信號超過6s無跳變則認為皮帶打滑并停機。將該無跳變延時時間修改為1分鐘之后,通過數個上料周期對DCS中焦炭打滑檢測信號的歷史趨勢進行觀察,發現該趨勢前半程脈沖周期為2s左右且均勻,后半程脈沖頻率周期都逐漸增大,周期最長時有20～30s之多,直至皮帶停止。這種現象與焦炭皮帶的兩級變頻轉速的工藝特點有很大關系。正常使用時也是皮帶變速之后才誤報打滑進而停機,所以對焦炭皮帶打滑檢測的控制邏輯進行改進,其程序流程圖見圖4。

圖4 改進后程序流程圖

將中間斗的稱量值變化引入打滑判定,檢測信號如果6s以上無跳變并且中間斗稱量變化量小于50kg(默認值,可修改)時,才認為皮帶打滑。改進后至今均未再出現誤報現象。

5 結論

DC24V的兩線制接近開關在攀鋼四號高爐皮帶打滑檢測中的大量應用,對檢測系統的電氣及DCS控制邏輯進行了設計。在實際應用中,根據個別皮帶的工藝的特殊性,對控制邏輯進行了調整,防止打滑報警的誤報和皮帶誤停,進而節約了清理灑落焦炭的人力物力,防止事故擴大化,同時也保障了上料過程的順利進行。DC24V接近開關小巧輕便,而且價格僅為接觸式打滑檢測器1/50左右,選用該方法極大降低了生產成本,并且其非接觸式檢測手段可以避免皮帶劃傷、設備磨損帶來的損失,提高了檢測壽命和安全性。

[1] 郭建文.非接觸式皮帶打滑檢測裝置:2010全國機械裝備先進制造技術高峰論壇論文匯編[C].廣州.2010.

[2] 張紅光,李福才.熱工控制系統運行維護手冊(Ovation控制系統)[M].機械工業出版社.

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

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

[5] 鄭重一.接近開關原理及其應用[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,主要從事電氣及計算機自動化工作。