高爐節流閥檢測控制系統設計及應用

王磊

摘 要：一種高爐節流閥控制角度的冗余檢測控制系統，屬于高爐布料技術領域。解決高爐因節流閥無法動作或狀態無法反饋導致高爐料流不穩、高爐料線無法保證重大生產事故的發生。本應用提供了一種高爐節流閥真正實現不間斷檢測控制的保護措施，通過使用多種冗余檢測手段完成對高爐的實時不間斷布料，保證節流閥在正常的高爐生產中，若出現單路網絡通訊故障中斷問題，至少另外有一種檢測方式確保高爐節流閥在人為可控狀態，同時滿足了在特定條件下的生產需求。

關鍵詞：高爐 布料 節流閥 冗余

中圖分類號：TF321.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0003-02

近幾年我國自動上料生產技術有了很大進步，為減少高爐布料誤差率，提高冶煉效率，進一步大幅度降低焦比提供了可靠支撐，已經得到廣泛應用。本技術屬于冶金業高爐節流閥控制角度檢測技術，主要針對一種高爐設備冗余檢測方法，屬于高爐布料技術領域。

對于冶金業來說，高爐節流閥控制的精準控制在冶金煉鐵業有著極其重要的作用，保證了高爐原燃料的充分燃燒。目前，國內許多鋼鐵企業（尤其大型鋼鐵企業）都采用單個編碼器檢測節流閥實時運行角度，在高爐的正常生產期間，節流閥角度的實時準確地傳輸到中央控制單元中，保證高爐的原燃料的有效入爐，穩定爐內氣流，這就需要避免出現單個編碼器角度檢測故障導致節流閥失控，無法實現高爐料流的有效控制，從而對高爐造成重大生產事故[1]。同時，該檢測方法的存在就需要一種行之有效的監測手段，當出現兩組反饋值之間差值出現異常時快速發出報警，可以快速的進行切換控制，保障高爐的正常冶煉操作。下面介紹的技術將解決這個問題。

1 工藝流程

此技術的目的是提供一種針對高爐節流閥角度冗余檢測的技術，此技術簡易實用，快速，具有很高的實用意義。本系統提供了一種高爐節流閥真正實現不間斷檢測的保護控制措施。可以避免高爐因節流閥無法動作或位置狀態無法反饋導致高爐料流不穩、高爐料線無法保證等重大生產事故的發生。通過使用多種冗余檢測手段完成對高爐的實時不間斷布料，保證節流閥在正常的高爐生產中，若出現單路網絡通訊故障中斷問題，至少另外有一路檢測方式確保高爐節流閥在人為可控狀態，同時滿足了在特定條件下的生產需求。

一種高爐節流閥控制角度的冗余檢測控制系統，包括變速箱、第一高精度編碼器、比例調節閥、第二高精度編碼器、控制器、計算機、節流閥通軸、節流閥連桿、液壓油缸和液壓油管；變速箱分別與第一高精度編碼器和第二高精度編碼器相連接，控制器分別與第一高精度編碼器、比例調節閥、第二高精度編碼器及計算機相連接，比例調節閥通過液壓油管與液壓油缸相連接，變速箱、節流閥通軸、節流閥連桿和液壓油缸順次相連接。

控制器根據第一高精度編碼器和第二高精度編碼器所得數據，對比例調節閥進行控制。

高爐節流閥角度檢測安裝兩個高精度編碼器，實現角度冗余檢測，兩個檢測角度通過網絡傳輸到主控制單元（PLC、DCS、FCS等）進行信號處理，實現信號穩定采集。全過程均可由生產人員對編碼器反饋數值調節過程進行干預，手動控制切換到最佳的節流閥角度用于調節。在任何情況下，均可由生產對編碼器反饋數值是否參與調節過程進行干預，手動控制切換到最佳的節流閥角度用于參與調節過程。當一個編碼器出現故障時，可實現進行人為切換，實現零誤差不間斷檢測，保障高爐節流閥的精準控制，實現高爐冶煉的順行。

高爐節流角度檢測單元編碼器實現冗余，所述的設定角度與反饋角度比較單元用于比較所述的兩個編碼器的檢測值，輸出值與控制單元相連。所述控制單元可以是PLC、DCS、FCS等控制單元。所述控制單元的輸出控制高爐節流比例閥和先導閥。高爐節流閥位置信號反饋方式冗余檢測方法，包括兩種高爐節流閥編碼器值狀態，兩個編碼器角度值定義為信號值1和信號值2。

信號值1與信號值2之間差值的絕對值在一定范圍之內，屬于允許誤差范圍。

信號值1與信號值2之間差值的絕對值在一定范圍之外，超出誤差允許范圍，可通過人為調控，當出現一個編碼器與設定角度差異較大時，控制單元發出報警提示，此時進行人為切換到最佳反饋角度信號，實現真正意義上的零誤差不間斷檢測。

高爐節流閥位置信號反饋方式冗余檢測控制方法，其特征在于，處于高爐節流閥長期處于正常工作狀態。使用比例閥控制高爐節流閥打開或關閉動作。若此時節流閥處于停止狀態，保證立即自動關閉先導閥以實現液壓油路切斷，確保節流閥處于最優工作狀態[2]。

2 自動控制系統組成

自動控制系統主要是指基礎自動化級，系統配置的總體原則：先進、可靠、開放、經濟、合理。本系統數據采集采用高精度絕對型編碼器，前端通過變速箱直接與節流閥通軸相聯，末端通過電纜連接至控制單元，其顯示精度等級提高了10倍以上。該控制單元采用PID控制程序，根據采集的節流閥最佳反饋角度信號與設定節流開度的差值，運算出比例調節閥液壓油允許的最大流速，并轉換成電信號直接輸出給比例調節閥控制節流閥動作；并當閥體在運行過程中，動作同時實時采集開度返回值，當生產設定值與反饋值之間差值小于一定角度時（實際角度可根據工藝要求調整）時進行一次減速；當差值小于一定角度時（實際角度可根據工藝要求調整）進行二次減速，使油缸快速、準確、穩定的到達設定開度。

3 工藝系統控制功能

在高爐上料系統充分調研的基礎上，進行高爐節流閥工藝進行設計節流閥冗余控制具體實施方式，通過兩套編碼器單元采集高爐節流閥實際角度值，分別記作γ1和γ2。通過角度比較單元分析比較信號值1-γ1、信號值2-γ2，當兩個角度信號值之差超過報警設定值時，輸出報警提示，提醒生產人員注意節流閥角度值異常。當出現一個編碼器出現故障時，可實現進行人為切換，實現零誤差不間斷檢測，保障高爐節流閥的精準控制，實現高爐冶煉的順行。

（1）當Δγ=|γ1-γ2|控制在節流冗余檢測角度偏差允許值X范圍內時，高爐節流閥角度采集正常，使用γ1和γ2任意一個值與生產工藝設定值進行調節控制高爐節流閥動作輸出。當達到節流控制值Y時，將液壓油缸定位鎖死，停止調節。

（2）當Δγ=|γ1-γ2|超出節流冗余檢測角度偏差允許值X時，高爐節流閥角度采集異常，高爐節流閥角度采集異常報警輸出，發出聲光報警提醒操作工注意節流閥角度檢測異常，同時根據最佳的節流閥角度切換到調節控制過程中，當達到節流控制值Y時，將液壓油缸定位鎖死，停止調節。

（3）在任何情況下，均可由生產對編碼器反饋數值調節過程進行干預。手動控制切換到最佳的節流閥角度P用于過程控制與調節。當節流閥γ角的設定值S與最佳的節流閥角度P值差值Δδ小于節流控制值Y時，將液壓油缸定位鎖死，停止調節。

4 應用效果

高爐節流閥真正實現不間斷檢測控制的保護措施，通過使用多種冗余檢測手段完成對高爐的實時不間斷布料，保證節流閥在正常的高爐生產中穩定可靠，確保高爐冶煉的連續性，避免高爐正常運作期間，單個編碼器角度檢測故障導致高爐布料中斷的重大生產事故發生，保證高爐布料設備的穩定運行、高爐順穩生產。

參考文獻

[1] 秦曉勇，劉雄，陳林根，等.高爐利用系數目標優化模型的研究與應用[J].中國冶金，2014（4）：5-10.

[2] 劉曉明，葉瑋.液壓缸結構設計及運行特性分析[J].液壓氣動與密封，2013（7）：17-21.endprint