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摘 要：以高炉料流调节阀典型故障为例，详述料流调节阀的控制原理及故障分析处理过程，以期为设备维护提供参考。
关键字：高炉 料流调节阀 PLC
0 引言
某高炉采用串罐无料钟炉顶，通过料流调节阀加布料溜槽的控制方式实现炉内的精确布料。高炉炉料经槽下配料工艺后进入炉顶的上料罐和下料罐。在高炉接到布料指令后，下料罐的料流调节阀按工艺要求开到给定角度（即γ角），炉料随即按一定流量流到布料溜槽；此时布料溜槽已按工艺要求升到一定倾动角度（即α角），并在水平面方向上匀速旋转（即β角）。这样，炉料就能按要求布到高炉内。由此可见，只要控制好α、β、γ角，就可把炉料按工艺需要的任意形式布到炉内。在炉顶布料控制中，只有精准控制γ角，才能有效控制炉料流量，进而更准确地控制布料厚度、环数及起点、终点，以得到需要的炉内煤气流分布。为此，要求准确、迅速判断处理料流调节阀的故障。
1 控制原理
1.1 控制流程
为实现精确控制布料精度，料流调节阀采用比例控制技术。控制系统框图如图1所示。PLC控制系统接收炉顶控制系统发出的γ角值和动作指令并采集炉顶料流调节阀的实际开度值，给定值与反馈实际值比较后经CPU分析处理输出4～20mA的电信号开度指令给比例放大器，由比例放大器经功率放大后输出至比例电磁铁线圈，线圈得电，比例换向阀动作，油压驱动油缸完成对料流调节阀的开度控制。
图1 料流调节阀控制系统框图
鉴于料流调节阀的重要性，控制流程中编码器、译码器、相关液压阀均为冗余设计。除此之外，因控制需要，料流调节阀还设计有关到位、全开到位接近开关反馈信号。程序中，若关到位接近开关信号到，且编码器反馈值在偏差允许范围（0.5°）内，则编码器反馈给上位机的显示值自动置零。
1.2 液压控制原理
料流调节阀控制液压原理如图2所示。要使料流调节阀油缸动作，单向电磁铁作为电磁锁需首先得电，相应油路打开，一旦单向电磁铁失电，油路便截止。在电气控制上，由PLC输出开关量信号控制该电磁铁得失电。而比例电磁铁的理想控制状态是由PLC输出变化的模拟量信号至比例放大器，控制通过比例电磁铁线圈的电流，从而调节料流调节阀的开关动作速度，在开度反馈值不断接近设定值的过程中，开关动作速度不断降低，直至PLC输出模拟量信号为零，比例电磁铁完全失电。为保证控制的精确性，PLC同时控制单向电磁铁失电，油路完全截止。
图2 料流调节阀控制液压原理图
1.3 料流调节阀开度设定计算方法
料流调节阀开度设定有给定时间法和计算时间法。给定时间法是指用给定时间布完一定数量的炉料来确定料流调节阀的开度；而计算时间法是指用矩阵（矩阵中包含了一批料的总环数及每档布料的环数）给出的时间布完一定数量的炉料来确定料流调节阀的开度，即高炉常用的重量法，与料罐称重值相关。
1.4 与其它设备的联锁要求
料流调节阀开关动作的直接联锁只与下密封阀和下罐料空信号相关。打开下密封阀，将料流调节阀调到所需开度，同时测量放料时间，并与计算值比较。若放料时间大于计算时间，则适当加大下批料开度设定值，反之则减小。料罐发出料空信号后，将料流调节阀开到最大开度，并延时关闭料流调节阀和下密封阀。
2 料流调节阀误动分析
（1）关信号丢失。放料完毕，料流调节阀关到位，接近开关信号到，但瞬间油缸后退，造成接近开关关信号丢失。分析油缸回退可能原因：油缸内泄，而油缸发生内泄时一般回退缓慢，与现象不符；PLC输出关命令，这在逻辑上不成立。
在上位机观察发现，在料流调节阀关到位过程中，编码器显示有－0.7°的跳变。根据控制原理分析，料流调节阀实际关到位后，编码器反馈值跳变造成PLC分析比较错误，认为未关到位，从而重新输出料流调节阀动作命令，造成油缸自动后退现象。此时使用的是＃2编码器。
在线打开程序，在放料过程中使用＃1编码器。放料完毕，料流调节阀关到位，＃1编码器显示为－0.3°，切换至＃2编码器，其显示为4°左右。修改＃2编码器程序中的偏差值，使其显示与＃1编码器一致。下批料仍使用＃1编码器自动放料，在料流调节阀关到位时，＃2编码器显示为1.1°，开度为42°时显示为45°左右，这说明＃2编码器反馈仍存在问题。再次检查程序发现＃2编码器计算比例与＃1编码器不同，修改＃2编码器程序与＃1编码器一致后投用，放料正常。
故障出现前，＃2编码器曾因联接轴松动紧固过，之后程序对照＃1编码器用40°左右角度进行了调整，通过改变比例方法使＃1、＃2显示值一致。由于该调整方法是错误的，因此＃2编码器显示存在较大误差。正确方法是在料流调节阀全开（65°）或全关的状态下只调整最终输出结果的偏差值（即SUB块的偏差），而不可调整计算过程中的比例。料流调节阀编码器的换算程序如图3所示。
＃2编码器码值换算时DIV块的比例为1136，与＃1编码器一致，而在第一次程序调整时将其修改为1078，致使＃2编码器出现大的正向偏差。
图3 料流调节阀编码器的换算程序图
（2）放料过程中全开。对于放料过程中料流调节阀全开，从料流调节阀开启和联锁条件入手进行分析。自动情况下，料流调节阀开启条件为：下密封阀已打开，溜槽转到布进角，且在按程序布料完毕（即下罐料空）后进行全开和延时关闭动作。依此分析，自动情况下只有接到料空信号，料流调节阀才能接收全开命令。首先对料空信号是否闪烁进行跟踪排查，在未发现料空信号闪烁的情况下，料流调节阀又一次出现放料过程中全开故障，因此基本排除料空信号的影响。后观察分析发现，此故障均在接到放料指令，开始放料时出现，因此确定故障性质为料流调节阀在未找到设定角度的情况下表现为全开状态。
从料流调节阀控制原理入手，分析料流调节阀找不到设定角度的原因。在液压设备正常的情况下，料流调节阀找不到设定角度的原因不外乎给定开度指令和反馈两方面问题。给定开度指令由PLC程序给出，实际现象说明料流调节阀能接收到开度指令，由此可排除给定指令问题。反馈通道为编码器经译码器到PLC，若反馈不及时，则必然引起料流调节阀开度不受控。基于此，检查编码器及其连接，发现编码器与机械连接的联轴器轴套松动，进行固定后，料流调节阀使用正常。
综上所述，分析处理设备故障时，必须熟悉该设备控制原理，透过故障现象抓住本质，有的放矢，最终解决问题。另外，修改PLC程序必须慎重，调整参数甚至联锁关系需要有全面、合理、正确的思路，以防出现故障。
3 料流调节阀拒动 料流调节阀正常使用备用阀组过程中突然不能动作，倒换主用阀组后工作正常。倒换备用阀组，在阀台室发现备用阀组截止阀不得电。因料流调节阀使用主用阀组正常，PLC输出驱动料流调节阀截止阀的程序除选择主用或备用点外，其它条件相同，并且该点由上位机选择，与外部线路和设备无联系，因此判断程序输出正常。由此，初步判断为外部线路或备用阀组电磁铁问题。人为闭合备用阀组输出继电器接点，电磁铁线圈电压符合要求，说明外部线路和备用阀组电磁铁都正常。检查发现输出模板报F故障，第二组的8个通道公用熔断器熔断。更换熔断器后，插接接线板瞬间熔断器又立即熔断，随即检查外部线路，无异常。将外部连接的8条线路从端子处全部去除，测量通道电阻值获知通道基本为导通状态，由此可判断模板内部出现了短路现象。更换模板，将料流调节阀倒为备用，工作正常。根据以往故障处理经验，故障多由外部线路或设备问题引起，而忽略了输出模板。该模板性能、工作环境相对外部设备好，但并不能代表不会出现故障。
4 结束语
随着工业自动化程度的不断提高，设备故障检查处理过程越来越复杂，但是只要熟练掌握设备控制原理，融合各方面知识，抓住故障本质，就能高效根除故障。
来源：调节阀信息网
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发表于 2017-3-20 23:12:50
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