液壓馬達(dá)在高爐上料主皮帶上的應(yīng)用實(shí)踐

程曉婷， 谷端躍， 鄭玉平

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063200）

上料主皮帶是上料系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，某工廠高爐上料主皮帶采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，相較于高壓電機(jī)加減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)具有帶速可調(diào)、趕料速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是在應(yīng)用的過程中也遇到一些問題，本文主要針對液壓馬達(dá)在高爐主皮帶上應(yīng)用和改進(jìn)進(jìn)行闡述。

1 上料主皮帶液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)簡介

高爐上料主皮帶由N1、N2、N3組成，均采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。其中N2皮帶運(yùn)輸?shù)V料，N3皮帶運(yùn)輸焦炭，N2、N3將礦料和焦炭運(yùn)輸放至N1，然后由N1將爐料拉至爐頂料罐。上料主皮帶機(jī)液壓馬達(dá)系統(tǒng)包含3個(gè)子系統(tǒng)：N1皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、N2皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和N3皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，子系統(tǒng)間通過DP總線串聯(lián)至上料PLC控制系統(tǒng)通訊。

液壓驅(qū)動(dòng)具有動(dòng)力傳遞方向靈活、設(shè)備體積小、扭力大等特點(diǎn)[1]。高爐驅(qū)動(dòng)主皮帶用液壓馬達(dá)由瑞典赫格隆公司生產(chǎn)，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)鮮明，可作為低轉(zhuǎn)速、大扭矩的機(jī)械動(dòng)力。與傳統(tǒng)的高壓電機(jī)加減速機(jī)相比，它具有很多優(yōu)點(diǎn)。具體比較見下表1。

表1 液壓馬達(dá)與高壓電機(jī)在高爐上料主皮帶上使用對比

2 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)上料主皮帶存在的問題與改進(jìn)

液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中尤其是在和整個(gè)上料系統(tǒng)對接過程中仍然遇到一些問題。按照設(shè)計(jì)要求和實(shí)際應(yīng)用條件，對液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)技術(shù)存在的主要問題進(jìn)行了改進(jìn)，達(dá)到了應(yīng)有的效果。

2.1 主皮帶速度的改進(jìn)

高爐上料系統(tǒng)要求三條主皮帶速度必須完全一致并精準(zhǔn)可調(diào)。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，帶速的精準(zhǔn)性不高，這一問題必須予以解決。

2.1.1 程序開、閉環(huán)控制

原設(shè)計(jì)為閉環(huán)控制，閉環(huán)控制PID調(diào)節(jié)功能可有效補(bǔ)償因負(fù)載變化引起的速度改變，從而保證馬達(dá)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。但是在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)皮帶長時(shí)間運(yùn)行后，PID調(diào)節(jié)功能減弱，出現(xiàn)各個(gè)站電機(jī)主泵閥開度不一致，即各個(gè)站驅(qū)動(dòng)力、輸出功率不同，甚至出現(xiàn)個(gè)別站滿負(fù)荷運(yùn)行、個(gè)別站不出力的情況。經(jīng)過長時(shí)間的試驗(yàn)，對多個(gè)數(shù)據(jù)記錄匯總分析總結(jié)后，將N1皮帶其中4個(gè)站改為開環(huán)控制，并設(shè)置好合適的開度，將另一個(gè)站改為閉環(huán)控制，使各個(gè)站主泵開度接近，最終達(dá)到五個(gè)站驅(qū)動(dòng)功率基本相同。同樣，N2、N3皮帶也采取閉環(huán)和開環(huán)相結(jié)合的方式，使各個(gè)站驅(qū)動(dòng)功率相等，運(yùn)行更加平穩(wěn)。

2.1.2 皮帶聯(lián)動(dòng)帶速設(shè)定

生產(chǎn)過程中調(diào)整帶速采用手動(dòng)輸入三條皮帶速度值的方式，存在輸錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。另外，三條皮帶的帶速應(yīng)完全一致。因此，將速度數(shù)值輸入改為檔位選擇，設(shè)定了 5 擋，分別是 0 m/s、0.8 m/s、2 m/s、2.3 m/s、2.5 m/s，只需要設(shè)定N1帶速，N2、N3速度自動(dòng)聯(lián)動(dòng)。這樣，在趕料時(shí)用2.5 m/s帶速，在檢修設(shè)備時(shí)可以用0.8 m/s帶速。實(shí)際速度與設(shè)定速度之差大于0.1 m/s時(shí)自動(dòng)停機(jī)。在啟動(dòng)時(shí)為避免料頭、料尾時(shí)間計(jì)算的誤差，在啟動(dòng)后速度達(dá)到0.8 m/s以上開始按正常帶速計(jì)算料頭、料尾時(shí)間。

圖1 皮帶聯(lián)動(dòng)速度設(shè)定

2.1.3 料頭、料尾時(shí)間計(jì)算

由于上料倉下料罐較多，各罐到N1機(jī)頭長度不同，最遠(yuǎn)料罐到N1機(jī)頭距離達(dá)到675 m，如果按照以前固定料頭、料尾時(shí)間的方法，會(huì)造成大段皮帶已經(jīng)沒料而料尾時(shí)間未走完的情況，嚴(yán)重影響拉料速度。因此，改進(jìn)上料程序，采用各罐分別計(jì)算料頭、料尾時(shí)間，同時(shí)對應(yīng)不同的帶速分別固定料頭、料尾時(shí)間，使料頭、料尾時(shí)間不會(huì)因?yàn)閹俚母淖兌l(fā)生錯(cuò)誤。料頭、料尾時(shí)間的精確計(jì)算大大提高了拉料速度，為大礦批拉料打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

表2 N2皮帶稱量罐到N1機(jī)頭距離 m

表3 N3皮帶稱量罐到N1機(jī)頭距離 m

2.2 DP網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)問題的改進(jìn)

原設(shè)計(jì)中三條主皮帶共設(shè)9個(gè)動(dòng)力站，各動(dòng)力站使用一條DP網(wǎng)網(wǎng)線連接，三條主皮帶動(dòng)力站的距離較遠(yuǎn)，存在一定的隱患，如果發(fā)生斷網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)故障，處理時(shí)間會(huì)很長，若不能及時(shí)處理，可能會(huì)造成高爐減風(fēng)甚至停風(fēng)。針對此問題，額外增加一路DP網(wǎng)作為備用，一旦工作中的DP網(wǎng)發(fā)生問題，立刻倒用備用網(wǎng)絡(luò)，這樣能夠增加網(wǎng)絡(luò)的安全性，有效消除網(wǎng)絡(luò)故障對高爐上料系統(tǒng)的影響。

2.3 液壓馬達(dá)Spider控制器電壓的改進(jìn)

Spider控制器是液壓馬達(dá)的中心控制器，也是皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的核心，它不但控制液壓馬達(dá)，接受和監(jiān)控各個(gè)測點(diǎn)，作出判斷和處理，控制和保護(hù)外部設(shè)備的運(yùn)行，還能與上料系統(tǒng)PLC、電氣系統(tǒng)進(jìn)行通訊完成液壓系統(tǒng)控制[2]。Spider控制器具有多種功能，如馬達(dá)轉(zhuǎn)速、扭矩的控制，兩液壓馬達(dá)的同步控制，馬達(dá)溫度及轉(zhuǎn)速監(jiān)測和動(dòng)力站的主要參數(shù)的記錄等，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)面板按鈕的快速調(diào)節(jié)及遠(yuǎn)程邏輯控制[3]。

在皮帶運(yùn)行過程中偶爾發(fā)生液壓馬達(dá)Spider控制器不明原因停止工作的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了高爐的正常生產(chǎn)。液壓馬達(dá)Spider控制器采用的供電電源在設(shè)計(jì)中是從主控樓的UPS引到聯(lián)合料倉過程站，通過過程站引到現(xiàn)場動(dòng)力站附近的自動(dòng)化控制柜，再到Spider控制器。因此造成供電電壓降低，時(shí)常造成Spider控制器停止工作。為此，通過線路改造，將聯(lián)合料倉過程站的供電電源改由N1高壓配電室供電，并且在倉下過程站增加UPS，有效地避免了由于電壓問題導(dǎo)致的Spider控制器停止工作的現(xiàn)象。

2.4 增加備用速度編碼器

測速單元能否正常工作是液壓馬達(dá)能否工作的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，原設(shè)計(jì)中每條主皮帶只有一個(gè)速度編碼器，速度編碼器一旦出現(xiàn)問題，故障處理至少需要40 min，嚴(yán)重影響高爐的正常生產(chǎn)。

圖2 速度編碼器

為此，必須增加備用速度編碼器。速度編碼器實(shí)物如下圖2所示。

在程序及主控畫面上增加編碼器的切換允許按鈕和切換按鈕，為防止誤操作導(dǎo)致編碼器的非計(jì)劃切換，每次切換編碼器時(shí)需先點(diǎn)切換允許按鈕再點(diǎn)切換按鈕才能完成編碼器之間的切換。每個(gè)編碼器有6根線與Spider控制器相連接，兩個(gè)編碼器的切換需用兩個(gè)繼電器完成，第一個(gè)繼電器完成4根信號(hào)線的切換，第二個(gè)繼電器完成2根電源線的切換。為保護(hù)編碼器，切換的要求是：每次切換時(shí)第一個(gè)繼電器先動(dòng)作，0.5 s后第二個(gè)繼電器再動(dòng)作，保證電源切換時(shí)信號(hào)線已經(jīng)完成良好接觸。為了保護(hù)編碼器，兩次編碼器的切換間隔應(yīng)大于5 s。

圖3 切換程序改進(jìn)畫面

以從編碼器EN1到編碼器EN2的切換為例，如上圖3所示，在操作畫面上點(diǎn)允許切換按鈕，然后再點(diǎn)切換按鈕，繼電器程序立刻給繼電器1輸出，繼電器1得電動(dòng)作，0.5 s RTO計(jì)時(shí)完成，繼電器2得電動(dòng)作。兩個(gè)繼電器都得電動(dòng)作后，完成從編碼器EN1到編碼器EN2的切換。經(jīng)過以上改進(jìn)后，使用效果良好，避免了主皮帶因?yàn)榫幋a器問題不能啟動(dòng)的事故。

2.5 操作畫面的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

下圖4是皮帶液壓馬達(dá)操作主控制畫面，在此畫面上可實(shí)現(xiàn)對皮帶以及液壓馬達(dá)的各種遠(yuǎn)程操作。

3 結(jié)語

液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)技術(shù)在高爐上料主皮帶上的應(yīng)用取得了良好效果，通過在應(yīng)用過程中的不斷改進(jìn)和完善，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)過程平穩(wěn)、帶速精準(zhǔn)可調(diào)和靈活啟停的目標(biāo)，同時(shí)，通過程序的自動(dòng)運(yùn)算，使每批料在皮帶上的位置都極為精準(zhǔn)，為提升高爐上料能力和穩(wěn)定性打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為高爐長期順穩(wěn)創(chuàng)造了條件，也為新廠建設(shè)提供了一種新的思路，具有良好的示范和推廣作用。

圖4 皮帶液壓馬達(dá)操作控制畫面