柳鋼煉鐵廠設備自動化創(chuàng)新攻關實踐

陳 均

柳鋼煉鐵廠設備自動化創(chuàng)新攻關實踐

陳 均

柳鋼煉鐵廠通過引進格雷母線控制定位技術、AV63鼓風機靜葉調(diào)節(jié)型REXA執(zhí)行器驅(qū)動改造技術以及TRT透平發(fā)電機靜葉全智能比例閥電液同步控制裝置等創(chuàng)新改造技術，解決了長期困擾一些關鍵設備穩(wěn)定運行的實際問題，取得了良好的經(jīng)濟效益。

格雷母線 REXA執(zhí)行器 驅(qū)動 創(chuàng)新

近年來鋼鐵產(chǎn)能嚴重過剩、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，柳鋼提出了進一步深化改革創(chuàng)新，穩(wěn)步實施“提質(zhì)增效、沿海轉(zhuǎn)移、多元并舉、綠色發(fā)展、資本運作、智能升級”的六大舉措，全面推進了企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。煉鐵廠結合自身實際，提出設備穩(wěn)定運行就是最大的降成本，并針對這個主題，開展了設備全壽命周期管理攻關，實施設備設施分級管理，設備零故障攻關等活動，同時通過引進新工藝、新技術開展了設備技術改造，最大限度地保障了設備穩(wěn)定運行，降低了設備采購及運行成本。

1.供料卸料小車應用格雷母線定位新技術

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)的專用機械，根據(jù)料倉配料料單自動分配焦炭和各類礦石等原燃料到槽上各個料倉存儲，高爐根據(jù)實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。要實現(xiàn)卸料小車全自動準確分配卸料，小車的實時位置檢測數(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，正計劃逐步實施改造。

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。由于小車移動頻繁，總線電纜經(jīng)長時間拉伸以及收縮后，易造成疲勞開裂甚至損壞，從而導致網(wǎng)絡通訊故障，可靠性不高。現(xiàn)在每隔半年左右，需更換一次總線電纜，人力物力花費很大。

（2）編碼器安裝在小車行走傳動輪底座支架上，與傳動輪通過接手相連，實施檢測行走數(shù)據(jù)。但小車行走過程中震動較大，影響數(shù)據(jù)檢測準確性。由于編碼器屬精密設備，易受震動損壞，會直接引起網(wǎng)絡通訊故障，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供料自控系統(tǒng)的運行，會造成物料運輸過程紊亂，甚至發(fā)生物料混料、設備異常停機等情況，嚴重影響供料正常生產(chǎn)。由于故障處理不及時，會導致高爐斷料，直接影響高爐休慢風的情況發(fā)生。

1.3 采用PROFINET +格雷母線新技術的情況

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行通信，并在通信的同時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安全和位置準確，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并用扁鋼固定，通過格雷母線接收地址信號，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,實時傳輸卸料小車運動位置的精確數(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行通訊檢測，母線與發(fā)射器之間無需接觸，所以不會出現(xiàn)滑脫和磨損等故障。

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

（5）抗干擾能力強：使用交叉扭絞結構及相位檢測技術，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)境噪音和接收信號電平波動的影響，很好的解決了原編碼器檢測方式中存在的卸料小車運行中振動造成的數(shù)據(jù)檢測失真和波動。

（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，防護等級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鼓風機靜葉調(diào)節(jié)型及REXA執(zhí)行器驅(qū)動改造技術

2.1 AV63鼓風機靜葉控制現(xiàn)狀分析

高爐鼓風機是高爐的“心臟”，通過調(diào)節(jié)角度實現(xiàn)向高爐送風，以提供高爐中燃燒的焦炭和噴吹燃料所需的氧氣，同時提供足夠的的鼓風動能，以克服送風系統(tǒng)和爐內(nèi)料柱的阻損。柳鋼煉鐵廠AV63鼓風機原靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用派克MOGE液壓伺服閥進行驅(qū)動調(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30KW油泵電機驅(qū)動。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，最終導致伺服閥堵，靜葉無法動作或卡死，從而影響高爐生產(chǎn)。

（2）在生產(chǎn)中鼓風機靜葉需根據(jù)高爐生產(chǎn)工況隨時進行調(diào)節(jié)，所以動力油壓力必須滿足一定要求，液壓控制系統(tǒng)設備出現(xiàn)的任何故障，都極易使液壓油壓力出現(xiàn)波動，導致風機停機，從而影響高爐生產(chǎn)。

（3）原系統(tǒng)運行不經(jīng)濟，兩臺30KW的油泵電機必須24小時不間斷運行，年電費消耗達10多萬元，且還有整個液壓油站的日常維護費開支。

2.2 美國REXA集成式電液執(zhí)行器技術

REXA靜葉調(diào)節(jié)執(zhí)行器是專用于軸流風機靜葉調(diào)節(jié)服務的微處理器控制和集成式電液執(zhí)行器，是液壓、機械、電子和控制技術的有機結合體，具有電動操作簡易、液壓動力、固態(tài)電子器件可靠及控制簡單靈活的特點。由于采用伺服電機控制技術，且采取自身內(nèi)部油液循環(huán)系統(tǒng)，具有劃時代意義的電液一體化電液執(zhí)行機構，被譽為面向21世紀的環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。

REXA靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)由控制箱、動力模塊（伺服電機控制系統(tǒng)）和兩個伺服油缸以及連接管路組成；其中，兩個油缸分別固定在軸流壓縮機的兩側，通過連桿、手槍板等組件與軸流壓縮機的調(diào)節(jié)缸連接，動力模塊固定在軸流壓縮機一側的動力油缸上，通過不銹鋼鋼管與兩個動力油缸連接。

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)設計，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)維護成本低。

（2）改造后系統(tǒng)運行經(jīng)濟節(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30KW油泵長期運行產(chǎn)生的電費，節(jié)能效果明顯。

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

（4）REXA靜葉調(diào)節(jié)動力模塊采用伺服電機控制，控制精度更高、響應速度更快，且系統(tǒng)不受液壓油波動造成系統(tǒng)保護停機，系統(tǒng)運行更穩(wěn)定可靠。

3.TRT透平發(fā)電機靜葉全智能比例閥電液同步控制裝置

3.1 TRT透平發(fā)電機靜葉驅(qū)動現(xiàn)狀及存在問題

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

3.2 引進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構組成部分為主系統(tǒng)電氣部分、副系統(tǒng)電氣部分和機械液壓部分。該系統(tǒng)提供一種透平智能高精度冗余同步電液系統(tǒng)，通過兩個控制器同時控制兩側靜葉驅(qū)動油缸，自行修正透平TRT機組快速調(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，同步小于設定偏差運行。

3.2.1 改造后的效果分析

（1）通過兩個控制器同時獨立控制兩側靜葉驅(qū)動油缸，自行修正透平TRT機組快速調(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，同時又保證了相關設備的安全性。當兩邊角度偏差大于2.5%時發(fā)出報警提示信息，角度偏差大于3%時機構保護鎖死，必須人為確認原因后方可解除，防止產(chǎn)生過大的剪切應力致使連接板斷裂。

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

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

（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，對工作油液清潔度要求不高，但抗污能力強，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)運行穩(wěn)定性。

4.結束語

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

（作者單位：柳州鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）