柳钢炼铁厂设备自动化创新攻关实践

陈 均

柳钢炼铁厂设备自动化创新攻关实践

陈 均

柳钢炼铁厂通过引进格雷母线控制定位技术、AV63鼓风机静叶调节型REXA执行器驱动改造技术以及TRT透平发电机静叶全智能比例阀电液同步控制装置等创新改造技术，解决了长期困扰一些关键设备稳定运行的实际问题，取得了良好的经济效益。

格雷母线 REXA执行器 驱动 创新

近年来钢铁产能严重过剩、利用率偏低，行业利润长期处在盈亏边缘。为了生存发展，柳钢提出了进一步深化改革创新，稳步实施“提质增效、沿海转移、多元并举、绿色发展、资本运作、智能升级”的六大举措，全面推进了企业转型升级。炼铁厂结合自身实际，提出设备稳定运行就是最大的降成本，并针对这个主题，开展了设备全寿命周期管理攻关，实施设备设施分级管理，设备零故障攻关等活动，同时通过引进新工艺、新技术开展了设备技术改造，最大限度地保障了设备稳定运行，降低了设备采购及运行成本。

1.供料卸料小车应用格雷母线定位新技术

1.1 炼铁厂槽上供料卸料小车现状分析

柳钢炼铁厂供料槽上的卸料小车是原料均匀混配作业的专用机械，根据料仓配料料单自动分配焦炭和各类矿石等原燃料到槽上各个料仓存储，高炉根据实际工艺需求按比例经过精确称量后，通过槽下皮带供给高炉冶炼使用。要实现卸料小车全自动准确分配卸料，小车的实时位置检测数据就必须精确可靠。目前柳钢部分卸料小车定位检测数据采集方式，仍采用传统PROFIBUS总线+编码器模式，正计划逐步实施改造。

1.2 存在的问题

（1）目前小车采用PROFIBUS总线+编码器模式，总线电缆与其他控制电缆一起安装到小滑车拖缆上，随小车同步移动。由于小车移动频繁，总线电缆经长时间拉伸以及收缩后，易造成疲劳开裂甚至损坏，从而导致网络通讯故障，可靠性不高。现在每隔半年左右，需更换一次总线电缆，人力物力花费很大。

（2）编码器安装在小车行走传动轮底座支架上，与传动轮通过接手相连，实施检测行走数据。但小车行走过程中震动较大，影响数据检测准确性。由于编码器属精密设备，易受震动损坏，会直接引起网络通讯故障，目前每隔一年需重新更换编码器。

（3）小车定位检测系统是供料自控系统的一部分，其通讯故障也直接影响整个供料自控系统的运行，会造成物料运输过程紊乱，甚至发生物料混料、设备异常停机等情况，严重影响供料正常生产。由于故障处理不及时，会导致高炉断料，直接影响高炉休慢风的情况发生。

1.3 采用PROFINET +格雷母线新技术的情况

1.3.1 检测原理

格雷母线位置检测传感器以相互靠近的扁平状的格雷母线和天线箱之间的电磁耦合来进行通信，并在通信的同时检测到天线箱在格雷母线长度方向上的位置。为保证卸料小车的绝对安全和位置准确，选择格雷母线通讯定位装置的精密地址检测方式，其检测精度为5mm。我们选择地上检测方式，即地址编码发射器安装在小车上，格雷母线直接沿皮带托辊架敷设并用扁钢固定，通过格雷母线接收地址信号，地址编码接收器安装在现场控制箱内，即在地面站完成地址检测,实时传输卸料小车运动位置的精确数据。

1.3.2 改造后的效果分析

（1）格雷母线不需要安装到小滑车拖缆上，地址编码器虽然固定到小车上，但只需选用一个抗拉船用电缆通过拖缆固定后，与该地址编码器供电即可，解决了原总线电缆长期拖拉造成通讯故障以及定期更换总线电缆的麻烦。

（2）通过在现场控制箱增加西门子s 7-1200 MODEBUS通讯模块，直接与格雷母线自带MODEBUS通讯口进行数据交换采集，然后通过S7-1200与供料控制系统的S7-400进行PROFINET通讯，最终采集格雷母线数据，解决了原总线通讯距离长、通讯不稳定的情况发生。

（3）非接触工作方式：格雷母线是通过与天线箱内的地址编码发射器通过电磁耦合来进行通讯检测，母线与发射器之间无需接触，所以不会出现滑脱和磨损等故障。

（4）格雷母线检测精度高，采用绝对位置检测，能够连续地、高精度地检测绝对地址，位置检测精度达5mm，完全能满足卸料小车精确定位。

（5）抗干扰能力强：使用交叉扭绞结构及相位检测技术，天线箱与格雷母线两者间隙从30mm到300mm均可正常工作，不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，很好的解决了原编码器检测方式中存在的卸料小车运行中振动造成的数据检测失真和波动。

（6）适用于恶劣的工业环境：安装在室外的格雷母线电缆、天线箱、始端箱、终端箱和段间箱,采用非金属材料制作,采用密封工艺，耐酸、碱腐蚀，防护等级IP65，使用寿命长，能在供料生产区域等恶劣环境中长期可靠工作。

2.AV63鼓风机静叶调节型及REXA执行器驱动改造技术

2.1 AV63鼓风机静叶控制现状分析

高炉鼓风机是高炉的“心脏”，通过调节角度实现向高炉送风，以提供高炉中燃烧的焦炭和喷吹燃料所需的氧气，同时提供足够的的鼓风动能，以克服送风系统和炉内料柱的阻损。柳钢炼铁厂AV63鼓风机原静叶调节系统采用派克MOGE液压伺服阀进行驱动调节，为该伺服调节系统专门配一套液压油站系统，采用两台30KW油泵电机驱动。原控制系统存在的不足:

（1）原液压油站系统由于场地限制导致循环油路长，油液中容易出现杂质，过滤器容易堵塞，最终导致伺服阀堵，静叶无法动作或卡死，从而影响高炉生产。

（2）在生产中鼓风机静叶需根据高炉生产工况随时进行调节，所以动力油压力必须满足一定要求，液压控制系统设备出现的任何故障，都极易使液压油压力出现波动，导致风机停机，从而影响高炉生产。

（3）原系统运行不经济，两台30KW的油泵电机必须24小时不间断运行，年电费消耗达10多万元，且还有整个液压油站的日常维护费开支。

2.2 美国REXA集成式电液执行器技术

REXA静叶调节执行器是专用于轴流风机静叶调节服务的微处理器控制和集成式电液执行器，是液压、机械、电子和控制技术的有机结合体，具有电动操作简易、液压动力、固态电子器件可靠及控制简单灵活的特点。由于采用伺服电机控制技术，且采取自身内部油液循环系统，具有划时代意义的电液一体化电液执行机构，被誉为面向21世纪的环保节能产品。

REXA静叶调节系统由控制箱、动力模块（伺服电机控制系统）和两个伺服油缸以及连接管路组成；其中，两个油缸分别固定在轴流压缩机的两侧，通过连杆、手枪板等组件与轴流压缩机的调节缸连接，动力模块固定在轴流压缩机一侧的动力油缸上，通过不锈钢钢管与两个动力油缸连接。

2.2.1 改造后的效果分析

（1）REXA执行器采用封闭式液压系统设计，无需外供油源或气源，所以取消了原液压伺服阀控制系统和液压油站，避免油液大循环导致的杂质多、伺服阀容易卡阻等情况发生，且该系统维护成本低。

（2）改造后系统运行经济节能，取消了原液压伺服阀控制系统和液压油站，从而节约原两台30KW油泵长期运行产生的电费，节能效果明显。

（3）采用集成型模块化结构，液压系统中无需过滤器、空气过滤器和冷却器，维护简单方便，经济效益显著。

（4）REXA静叶调节动力模块采用伺服电机控制，控制精度更高、响应速度更快，且系统不受液压油波动造成系统保护停机，系统运行更稳定可靠。

3.TRT透平发电机静叶全智能比例阀电液同步控制装置

3.1 TRT透平发电机静叶驱动现状及存在问题

柳钢TRT透平机静叶原驱动控制系统，采用液压伺服阀单边驱动，TRT两侧静叶调节油缸存在运行不同步现象。根据电脑监测运行数据记录分析，两侧调节油缸位置偏差最大在6%左右，且运行过程中，两个油缸速度不一致。由于运行不同步，导致静叶调节系统经常承受剪切应力，2号高炉和6号高炉TRT调节机构连接板多次出现断裂。一旦调节机构连接板发生断裂，将直接导致TRT长时间不能正常运行，影响发电和产生噪声污染。

3.2 引进静叶全智能比例阀电液同步控制装置

TBLF-D-SBS型全智能比例电液控制机构组成部分为主系统电气部分、副系统电气部分和机械液压部分。该系统提供一种透平智能高精度冗余同步电液系统，通过两个控制器同时控制两侧静叶驱动油缸，自行修正透平TRT机组快速调节产生振荡累积的偏差，使伺服控制调节系统液压湍流不超过允许值的频率，同步小于设定偏差运行。

3.2.1 改造后的效果分析

（1）通过两个控制器同时独立控制两侧静叶驱动油缸，自行修正透平TRT机组快速调节产生振荡累积的偏差，保证两伺服油缸的同步性和可靠性，同时又保证了相关设备的安全性。当两边角度偏差大于2.5%时发出报警提示信息，角度偏差大于3%时机构保护锁死，必须人为确认原因后方可解除，防止产生过大的剪切应力致使连接板断裂。

（2）采用主副双冗余系统设计能有效提高高炉顶压和相关控制参数的可靠性、稳定性和安全性。

（3）可靠性更高，由于TRT静叶双油缸采用独立闭环控制，即使各自液压缸负载不平衡和阻力有偏差，也能保证静叶同步运行。

（4）由原液压伺服阀控制改造为电液比例阀控制的成本更低，对工作油液清洁度要求不高，但抗污能力强，大大降低了由于油液清洁度问题造成的控制系统失灵的故障，提高了系统运行稳定性。

4.结束语

在科技发展日新月异的今天，企业必须紧跟科技进步的浪潮不断创新求进，进而增强企业核心竞争能力。柳钢炼铁厂通过自主技术创新以及新技术引进，不断优化生产控制设备及流程，促使生产设备稳定高效运行，为生产提供强有力的设备保障。

（作者单位：柳州钢铁股份有限公司炼铁厂）