高炉鼓风静叶伺服控制器的改进

苏 鹏，王会华，杨曙东

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东 济南271100）

1 前言

伺服控制器是高炉鼓风机调节静叶开度的自动化设备，该控制器通过电液转换功能，将PLC内部（4～20 mA）的模拟量信号转换为静叶伺服油缸的压力信号，最终来调节静叶的开度，从而控制高炉供风量大小。但是在运行过程中，由于受电压波动或电磁干扰等诸多因素影响，使得伺服控制器控制回路的电流增大，当电流＞0.5 A时，伺服控制器内部线路板的保险就会烧坏，则伺服控制器停止工作，使得输出电流变为0 mA。静叶在无信号驱动的情况下瞬间关闭，导致高炉供风中断，造成高炉的“坐料”“风口灌渣”等严重事故，因此必须尽快解决伺服控制器失电的问题，提高设备稳定性和可靠性。

2 伺服阀失电原因分析

伺服控制器控制系统如图1所示。

图1 伺服控制器控制系统

2.1 信号电缆未使用屏蔽电缆

伺服控制信号为（4～20 mA）模拟量信号，信号电压为24 V，电流为毫安级别，因此信号必须使用屏蔽信号电缆。屏蔽层应一端接地，另一端浮空。经现场查看，此信号电缆为普通电缆，无屏蔽层，导致此信号有可能受高压动力电缆影响，出现信号波动，长时间势必导致伺服控制器线路板的不稳定。

2.2 不间断UPS电源电压波动

在使用专用测试工具测量后，进入伺服控制器内部的电源电压在190～240 V波动，并且波动较大，造成伺服控制器内部电流不稳定。为保护伺服阀等精密仪器，伺服控制器设置0.5 A的保险，因此UPS电源输出电压不稳定，电源品质差导致了伺服控制器保险容易烧坏，导致伺服控制器失电。

2.3 信号电缆敷设于动力电缆内引起干扰

经现场确认，此信号电缆与动力电缆自现场到电子间有10 m的距离是混放在同一电缆桥架内的，并且信号电缆与动力电缆缠绕打结。当动力电缆带电时，极易在信号电缆内部产生涡流干扰和高强磁场干扰。

依据检测结果和现场调查，引起伺服控制器失电的原因有：伺服控制器的信号应该采用屏蔽电缆，但是现场安装时采用普通无屏蔽层电缆，此电缆有10 m与高压动力电缆敷设在同一电缆桥架内。在长期运行过程中，此模拟量信号受高压干扰影响，信号的电压、电流出现过大及波动现象，导致伺服控制器内部线路板卡功能降低，烧坏0.5 A的保险，出现信号中断现象。同时UPS电源品质差，也是0.5 A的保险烧坏的原因。通过改善以上3点缺陷，能够暂时解决伺服控制器保险烧坏的现象。但是如何能够在伺服控制器出现失电时实现信号切换、静叶保位，才是解决高炉鼓风静叶关闭的最佳途径。

3 伺服控制器改进措施

3.1 按行业规范敷设屏蔽电缆

重新将伺服控制器的信号电缆更换为屏蔽电缆，并敷设至电缆桥架层，保证信号电缆与动力电缆距离＞450 mm，并防止电缆之间有缠绕现象。同时信号电缆的屏蔽层剥开后，将PLC柜端接到屏蔽地上，现场一端悬空，屏蔽地导线连接电阻＜1 Ω，屏蔽地电阻＜4 Ω。通过该措施实施，信号电缆与动力电缆的距离达到行业要求，使干扰源远离各测量信号，信号电缆周围无强磁场分布。

3.2 更换具有滤波功能UPS电源主机

UPS电源作为自控系统和重要设备的电源保障，必须输出电压（电流）稳定、波形正常的好品质电源，保证精密仪器设备正常运行。在原UPS出现滤波差、电压波动大的情况下，更换了具有双重滤波功能、稳压精度为0.5级的不间断电源，有效地保护了精密自动化设备的安全运行。

3.3 PLC内部程序优化

现场的静叶位置反馈信号利用信号隔离器一分为二：一路传输至伺服控制器；另一路传输至PLC系统进入伺服控制器后，经伺服控制器内部CPU进行信号转换。当静叶指令信号大于反馈信号时，伺服控制器输出＋mA信号，静叶打开，反之静叶关闭。

将进入伺服控制器的静叶位置信号引出，采用航空插头将信号传到PLC，然后在PLC程序中将原有的静叶位置信号与伺服控制器内部输出的信号做比较，通过两个信号之间的偏差来确定伺服控制器的故障与否。偏差大小可以立即检测，偏差＞3%，即判断伺服控制器故障或失电，PLC立即输出指令由BD30阀模拟调节控制转换为现场电磁阀开关量控制，程序描述见图2。在伺服控制器不能控制BD30阀时，先将静叶保持原位，再根据工况进行电磁阀操作，使静叶在30 ms内迅速切换至电磁阀控制，实现控制方式的无缝转换。

图2 程序比较示意图

4 结语

伺服控制器改进措施实施以后，伺服控制器切换正常，切换成功率达100%，伺服控制器故障现象明显下降，由原来的每年7次降至0次，未出现1次误动作现象，避免经济损失22.6万元。提高了鼓风机高炉送风系统的可靠性与稳定性，保障了高炉的稳产和高产，避免了突发性和不可预见性的供风突然中断，避免了因设备的突然停机造成的设备损害，延长了设备的使用寿命。