高炉节流阀检测控制系统设计及应用

王磊

摘 要：一种高炉节流阀控制角度的冗余检测控制系统，属于高炉布料技术领域。解决高炉因节流阀无法动作或状态无法反馈导致高炉料流不稳、高炉料线无法保证重大生产事故的发生。本应用提供了一种高炉节流阀真正实现不间断检测控制的保护措施，通过使用多种冗余检测手段完成对高炉的实时不间断布料，保证节流阀在正常的高炉生产中，若出现单路网络通讯故障中断问题，至少另外有一种检测方式确保高炉节流阀在人为可控状态，同时满足了在特定条件下的生产需求。

关键词：高炉 布料 节流阀 冗余

中图分类号：TF321.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0003-02

近几年我国自动上料生产技术有了很大进步，为减少高炉布料误差率，提高冶炼效率，进一步大幅度降低焦比提供了可靠支撑，已经得到广泛应用。本技术属于冶金业高炉节流阀控制角度检测技术，主要针对一种高炉设备冗余检测方法，属于高炉布料技术领域。

对于冶金业来说，高炉节流阀控制的精准控制在冶金炼铁业有着极其重要的作用，保证了高炉原燃料的充分燃烧。目前，国内许多钢铁企业（尤其大型钢铁企业）都采用单个编码器检测节流阀实时运行角度，在高炉的正常生产期间，节流阀角度的实时准确地传输到中央控制单元中，保证高炉的原燃料的有效入炉，稳定炉内气流，这就需要避免出现单个编码器角度检测故障导致节流阀失控，无法实现高炉料流的有效控制，从而对高炉造成重大生产事故[1]。同时，该检测方法的存在就需要一种行之有效的监测手段，当出现两组反馈值之间差值出现异常时快速发出报警，可以快速的进行切换控制，保障高炉的正常冶炼操作。下面介绍的技术将解决这个问题。

1 工艺流程

此技术的目的是提供一种针对高炉节流阀角度冗余检测的技术，此技术简易实用，快速，具有很高的实用意义。本系统提供了一种高炉节流阀真正实现不间断检测的保护控制措施。可以避免高炉因节流阀无法动作或位置状态无法反馈导致高炉料流不稳、高炉料线无法保证等重大生产事故的发生。通过使用多种冗余检测手段完成对高炉的实时不间断布料，保证节流阀在正常的高炉生产中，若出现单路网络通讯故障中断问题，至少另外有一路检测方式确保高炉节流阀在人为可控状态，同时满足了在特定条件下的生产需求。

一种高炉节流阀控制角度的冗余检测控制系统，包括变速箱、第一高精度编码器、比例调节阀、第二高精度编码器、控制器、计算机、节流阀通轴、节流阀连杆、液压油缸和液压油管；变速箱分别与第一高精度编码器和第二高精度编码器相连接，控制器分别与第一高精度编码器、比例调节阀、第二高精度编码器及计算机相连接，比例调节阀通过液压油管与液压油缸相连接，变速箱、节流阀通轴、节流阀连杆和液压油缸顺次相连接。

控制器根据第一高精度编码器和第二高精度编码器所得数据，对比例调节阀进行控制。

高炉节流阀角度检测安装两个高精度编码器，实现角度冗余检测，两个检测角度通过网络传输到主控制单元（PLC、DCS、FCS等）进行信号处理，实现信号稳定采集。全过程均可由生产人员对编码器反馈数值调节过程进行干预，手动控制切换到最佳的节流阀角度用于调节。在任何情况下，均可由生产对编码器反馈数值是否参与调节过程进行干预，手动控制切换到最佳的节流阀角度用于参与调节过程。当一个编码器出现故障时，可实现进行人为切换，实现零误差不间断检测，保障高炉节流阀的精准控制，实现高炉冶炼的顺行。

高炉节流角度检测单元编码器实现冗余，所述的设定角度与反馈角度比较单元用于比较所述的两个编码器的检测值，输出值与控制单元相连。所述控制单元可以是PLC、DCS、FCS等控制单元。所述控制单元的输出控制高炉节流比例阀和先导阀。高炉节流阀位置信号反馈方式冗余检测方法，包括两种高炉节流阀编码器值状态，两个编码器角度值定义为信号值1和信号值2。

信号值1与信号值2之间差值的绝对值在一定范围之内，属于允许误差范围。

信号值1与信号值2之间差值的绝对值在一定范围之外，超出误差允许范围，可通过人为调控，当出现一个编码器与设定角度差异较大时，控制单元发出报警提示，此时进行人为切换到最佳反馈角度信号，实现真正意义上的零误差不间断检测。

高炉节流阀位置信号反馈方式冗余检测控制方法，其特征在于，处于高炉节流阀长期处于正常工作状态。使用比例阀控制高炉节流阀打开或关闭动作。若此时节流阀处于停止状态，保证立即自动关闭先导阀以实现液压油路切断，确保节流阀处于最优工作状态[2]。

2 自动控制系统组成

自动控制系统主要是指基础自动化级，系统配置的总体原则：先进、可靠、开放、经济、合理。本系统数据采集采用高精度绝对型编码器，前端通过变速箱直接与节流阀通轴相联，末端通过电缆连接至控制单元，其显示精度等级提高了10倍以上。该控制单元采用PID控制程序，根据采集的节流阀最佳反馈角度信号与设定节流开度的差值，运算出比例调节阀液压油允许的最大流速，并转换成电信号直接输出给比例调节阀控制节流阀动作；并当阀体在运行过程中，动作同时实时采集开度返回值，当生产设定值与反馈值之间差值小于一定角度时（实际角度可根据工艺要求调整）时进行一次减速；当差值小于一定角度时（实际角度可根据工艺要求调整）进行二次减速，使油缸快速、准确、稳定的到达设定开度。

3 工艺系统控制功能

在高炉上料系统充分调研的基础上，进行高炉节流阀工艺进行设计节流阀冗余控制具体实施方式，通过两套编码器单元采集高炉节流阀实际角度值，分别记作γ1和γ2。通过角度比较单元分析比较信号值1-γ1、信号值2-γ2，当两个角度信号值之差超过报警设定值时，输出报警提示，提醒生产人员注意节流阀角度值异常。当出现一个编码器出现故障时，可实现进行人为切换，实现零误差不间断检测，保障高炉节流阀的精准控制，实现高炉冶炼的顺行。

（1）当Δγ=|γ1-γ2|控制在节流冗余检测角度偏差允许值X范围内时，高炉节流阀角度采集正常，使用γ1和γ2任意一个值与生产工艺设定值进行调节控制高炉节流阀动作输出。当达到节流控制值Y时，将液压油缸定位锁死，停止调节。

（2）当Δγ=|γ1-γ2|超出节流冗余检测角度偏差允许值X时，高炉节流阀角度采集异常，高炉节流阀角度采集异常报警输出，发出声光报警提醒操作工注意节流閥角度检测异常，同时根据最佳的节流阀角度切换到调节控制过程中，当达到节流控制值Y时，将液压油缸定位锁死，停止调节。

（3）在任何情况下，均可由生产对编码器反馈数值调节过程进行干预。手动控制切换到最佳的节流阀角度P用于过程控制与调节。当节流阀γ角的设定值S与最佳的节流阀角度P值差值Δδ小于节流控制值Y时，将液压油缸定位锁死，停止调节。

4 应用效果

高炉节流阀真正实现不间断检测控制的保护措施，通过使用多种冗余检测手段完成对高炉的实时不间断布料，保证节流阀在正常的高炉生产中稳定可靠，确保高炉冶炼的连续性，避免高炉正常运作期间，单个编码器角度检测故障导致高炉布料中断的重大生产事故发生，保证高炉布料设备的稳定运行、高炉顺稳生产。

参考文献

[1] 秦晓勇，刘雄，陈林根，等.高炉利用系数目标优化模型的研究与应用[J].中国冶金，2014（4）：5-10.

[2] 刘晓明，叶玮.液压缸结构设计及运行特性分析[J].液压气动与密封，2013（7）：17-21.endprint