静叶比例阀控制系统改造应用*

李立奎

(莱芜钢铁集团粉末冶金有限公司，山东莱芜 271104)

0 引言

静叶控制系统一般采用用电液伺服阀控制方式［1-3］。电液伺服阀具有响应时间短、工作可靠等优点，但在生产实践中发现，静叶伺服控制系统出现的一些故障包括控制信号丢失、跟踪滞后、位置传感器故障等，会造成静叶大幅波动甚至全开或全关，严重影响了设备调控效果。

1 存在问题的分析

莱钢集团粉末冶金公司的电炉机组静叶开度均由电液伺服阀来控制。其静叶调控系统工作原理为:有自控系统发出的指令信号，在伺服控制器中与油缸的实际位置信号比较，成为误差信号放大后，送入电液伺服阀。伺服阀按一定的比例将电流信号转变成液压油量推动油缸运动。由位置传感器发出的反馈信号不断改变，直至与指令信号相等时，油缸停止运动。油缸的直线运动，通过一套曲柄转变成静叶的旋转运动，改变敬业的开度。随着系统信号的不断变化，透平静叶的开度也将不断改变，从而达到控制及组转速，控制煤气流量、控制高炉顶压的目的［4］。

在熟知其工作原理后，对设备的运行情况进行实时监控跟踪，记录所有相关数据并一起分析研究，确认了目前静叶伺服控制系统存在的主要问题如下。

1.1 对动力油油质的要求

当前，对电炉机组所用动力油的油污染等级要求为8级以下(NAS1638标准)，而电液伺服厂家提供的产品说明中要求伺服阀对动力油油质为6级或更好，当前动力油系统达到6级的污染登记难度相当高。因此，在生产过程中，经常出现伺服阀堵塞现象，导致伺服阀动作不灵敏，动作过程振动大，莱钢粉末冶金公司曾出现过因伺服阀振动大导致不锈钢供油管道振裂的问题。

1.2 电液伺服阀控制系统不具备锁位功能

电液伺服阀控制系统不具备锁位功能。对于电液伺服阀控制系统一旦发生电液伺服阀输入或输出信号丢失、调节器跟踪滞后、静叶位置传感器故障和电磁失电等情况，电液伺服阀控制系统将出现静叶异常动作，从而导致机组存在着严重的控制隐患，影响了设备稳定和生产顺行。

因此，如何有效消除电液伺服阀控制系统缺陷，确保机组在出现信号故障时能够维持稳定的运行状态，对于提升设备稳定运行显得非常必要。

2 静叶控制改造思路和技术分析

2.1 改造思路的确定

根据静叶伺服控制系统的现状和存在的不足，为解决此问题，最终选择了用电液比例阀代替电液伺服阀的技术改造方案。

2.2 伺服阀控制系统与比例控制系统技术比较

采用电液比例阀代替电液伺服阀，主要问题是在控制精度和响应时间上的区别，采用大流量高品质的电液比例阀，恰好解决了此问题。下面将从油质要求、结构特点、影响时间等方面进行比较说明。电液 伺服阀与电液比例的参数对比如表1所列。

表1 电液伺服阀与电液比例阀参数对比

从表中可以看出，电液伺服阀和电表比例在油质要求上线相差大，比例阀较伺服阀的油质要求低3个级别，这就给生产中动力油的过滤工作带来几大好处，大大降低了TRT动力油过滤成本，同时也避免了因油质轻微污染造成了伺服阀堵塞而导致伺服阀动作不灵敏、工作振动大等问题。从以上对比分析看处，在油质要求、工作稳定性等方面，电液比例阀具有明显的有优秀。

3 静叶控制改造实施过程

将原有的电液伺服阀更换为过滤阀台，在现有伺服阀二级过滤器周围安装电液比例阀集成箱，将过滤阀台与电液比例阀集成箱通过高压胶管连接，原伺服阀的供回油管道不做改变［5］。

在PLC安装与比例阀配套的智能型控制器来控制比例阀动作，代替原伺服阀的素服拉制器。PLC系统稍做或调整以适合于比例阀控制模式，控制室到现场的布线不作任何改变。第一步，再远阀块附近安装新的阀台;第二部步，取下伺服阀，安装上相同安装尺寸的油路过渡阀台，将压力油回油和负载油路通过此块和高压软管引出道心制作的阀台;第三部步，在控制室安装ⅠSA控制器，连好线路后调校。

4 结论

现场试验和运行试验表明，改造后，静叶控制精度和动态响应、静叶油缸全行程时间，故障锁位功能均达到或优于改造指标，同时炉顶压波动一直控制在±1000兆帕范围内，更好地稳定了高炉生产。同时具备自动锁位功能的电液比例阀静叶控制系统，有效解决了以下难题:

(1)输入信号丢失锁位功能:当位置控制信号超过正常的信号范围(4～20 mA)时，控制器将油缸就地锁位;一旦信号恢复到正常的范围，则锁位自动解除。该功能主要是针对信号传输先断开或PLC信号从输出错误时，避免油缸按照错误指令误动作。

(2)反馈信号丢失锁位功能:一旦静叶位置传感器的反馈信号超出正常范围则使油缸就地锁位;待信号回复后侧锁位自动解除。该功能的设置主要避免因位置传感器故障而导致的油缸误动作。

(3)跟踪信号锁位功能:对于控制器发出的信号进行跟踪，一旦其发亏信号和输出信号在规定时间内误差超出正常范围时，则使油缸就地锁位;待恢复正常后则锁位功能在输出和反馈一致时解除。该功能的设置主要是避免因油缸的卡涩、比例阀堵塞动作迟缓的故障时对高炉顶压造成的波动。

(4)断电锁位功能:在控制系统失去电源后，油缸立刻就地锁位。

［1］ 许有熊.新型压电式电-气PWM比例阀的研究［J］.中国机械工程，2009(14):21-25.

［2］ 田秀平.冷床裙板比例阀和两级马达液压控制［J］.液压与气动，2014(3):42-46.

［3］ 宋宗南.新型比例阀用动磁式电机械转换器［J］.微特电机，2013(12):52-55.

［4］ 郑凯锋.比例阀控制非对称液压缸系统的非线性建模与仿真［J］.液压与气动，2013(4):67-71.

［5］ 严荣松.工业炉气质转换分析与比例阀应用研究［J］.工业炉，2013(1):16-19.