回廣振 同國慶 宗立杏

（中鋼集團西安重機有限公司 陜西西安 710201）

1 前言

1500至2500立方級的高爐主要集中于各大型國有鋼廠，市場保有量約為200座左右。爐前400炮是目前國內冶金行業(yè)主流設備，400炮液壓電控系統(tǒng)的開發(fā)，可提升高爐的出鐵效率，改善工作條件，優(yōu)化冶煉過程，增加工作安全性，實現(xiàn)泥炮、開鐵口機的遠程和遙控控制，實現(xiàn)爐前設備成套設計生產能力，解決用戶現(xiàn)場機、液、電接口不配套、故障責任分析不明確、服務不及時等問題。同時還可提升爐前設備整體技術質量水平。

2 液壓系統(tǒng)的組成

400炮液壓系統(tǒng)主要由泵站、油箱及閥臺三大部分組成。

2.1 泵站部分設計

爐前作業(yè)分為堵口作業(yè)和開口作業(yè)，兩者不能同時工作，根據(jù)KD400炮及開口機的參數(shù)可得知系統(tǒng)的工作壓力為25MPa，作業(yè)所需最大流量為400L／min。選用2臺180規(guī)格的恒壓變量泵［1］可滿足流量需求，為提高系統(tǒng)安全可靠性系統(tǒng)采用兩用一備三臺液壓泵設計。選用電機功率可由下式計算可得：

式中：P—電機功率，kW；

Pn—泵的額定壓力，MPa；

Qn—泵的額定流量，L／min；

ηp—泵的總效率，從規(guī)格表中查出；

φ—轉換系數(shù)，取φ=0.4。

每臺主電機的啟停都是由軟啟動器來控制，主電機的啟停分為手動和自動兩種模式，主油泵有一個電磁溢流閥［2］控制卸荷，1個高壓球閥控制其油路的通斷?？紤]到現(xiàn)場的工況以及液壓泵、溢流閥發(fā)熱，還需給系統(tǒng)增加冷卻系統(tǒng)，在液壓系統(tǒng)中工作介質溫度一般不超過70℃。選用信號蝶閥的開閉，可以有效避免泵的空吸早有油泵的損壞。另外油箱上需要必要的附件例如檢測油箱溫度、油箱液位、循環(huán)過濾器及回油過濾器堵塞狀態(tài)。額外增加蓄能器站，可實現(xiàn)動作補壓及吸收系統(tǒng)震動的作用。泵站原理圖如圖1所示。

圖1 泵站原理圖

2.2 閥臺部分設計

根據(jù)系統(tǒng)的情況，檢查各閥在各種工況下達到的最高工作壓力和最大流量，以此選擇閥的額定壓力和額定流量。選擇流量控制閥時，其最小穩(wěn)定流量應能滿足執(zhí)行元件最低工作速度要求，即

式中：Qνmin—流量控制閥的最小穩(wěn)定流量，m2／s；

νgmin—液壓缸最低工作速度，m2／s；

A—液壓缸有效面積，m2；

nmmin—液壓馬達最低工作轉速，r／s；

qm—液壓馬達排量，m3／s。

閥臺部分由以下閥組組成：泥炮打泥閥組、泥炮旋轉閥組、補壓閥組、沖擊器閥組、鉆削閥組、送進閥組、開口機旋轉閥組、掛鉤閥組，每臺閥組由電磁換向閥控制液壓缸或馬達的動作，閥臺部分需要檢測每臺液壓缸的有桿腔及無桿腔壓力［3］，并將其壓力在主操作臺上顯示。

3 電氣控制系統(tǒng)組成

3.1 電氣控制系統(tǒng)設計要點

400炮液壓站電氣控制系統(tǒng)分別可以在操作臺和遙控器兩處進行。控制系統(tǒng)可以運行在本地和遙控兩種模式下。本地和遙控模式的切換是在操作臺上的手動自動選擇開關進行。在手動模式下所有設備的啟停及油缸馬達的動作都必須在操作臺進行；而在遙控模式下是在遙控器上完成。無論在本地還是遙控模式下，主油泵電機和冷卻電機都可進行連鎖啟動控制，但必需將其控制柜面板上的手自選擇開關打到遙控位置，這樣才可以由程序控制，此時操作臺上的所有啟停按鈕將失去作用，除了急停按鈕。在選擇了自動位置后，當操作員按下遙控器里的主電機連鎖啟動按鈕時，3臺主油泵電機為兩用1備，將按照15s的時間間隔逐一啟動。當油溫大于35℃時，冷卻電機自動啟動，當油溫小于30℃時，冷卻電機自動停止。當油溫小于20℃時，系統(tǒng)自動啟動加熱，當油溫大于25℃時，系統(tǒng)自動停止加熱。

3.2 電氣硬件系統(tǒng)

該電控硬件系統(tǒng)分別由1臺進線柜、1臺軟啟動柜、1臺冷卻泵柜、1臺PLC控制柜、1臺操作臺、1臺閥臺端子箱及1臺液壓站端子箱組成。其布置如圖3所示。

圖3 電氣硬件系統(tǒng)簡圖

3.2.1 控制柜設計

用戶將三相四線供電接入進線柜，然后配給1臺軟啟動柜和冷卻泵柜，1臺PLC控制柜通過UPS電源供電，電源柜和控制柜的外形尺寸為2200mm×800mm×600mm（高×寬×深），前后開門?？刂乒竦捻敳扛餮b有兩臺30W 功率的軸流風機，保證了柜體內部良好的通風及散熱。

3.2.2 操作臺設計

操作臺上設置泵的啟停、加載卸載及各動作的開關按鈕，配備相應的指示燈及報警燈。

3.3 電氣軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)配備山特在線式高性能UPS，當市電輸入正常時，UPS將市電穩(wěn)壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機內電池充電；當市電中斷（事故停電）時，UPS立即將機內電池的電能，通過逆變轉換的方法向負載繼續(xù)供應220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。UPS始終向負載提供高質量的交流電源，達到穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、抑制浪涌、尖峰、電噪音、補償電壓下陷、長期低壓等因素干擾。經過UPS處理后的220V交流電，一部分提供給PLC、計算機的電源系統(tǒng)，一部分經過24V直流電源轉換成24V直流電輸出，提供給隔離繼電器等需要直流供電的地方。

圖2 閥臺原理圖

PLC控制系統(tǒng)采用S7－300可編程控制器，S7－300是一種通用性的PLC［4］，能適合自動化工程中的各種應用場合，CPU選用CPU315－2DP，集成了PROFIBUS通訊接口，通過PROFIBUS通訊電纜可以實現(xiàn)S7－300PLC之間的通訊，以及與其它SIMATIC S7PLC進行通訊［5］，PROFIBUS－DP通訊主要連接分布式I／O，該控制系統(tǒng)采用1個主站，3個分站，主站機架上主要安裝有1個PS電源模塊、CPU模塊、1個CP通訊模塊及3個模擬量輸入模塊，分站1機架上主要安裝有1個接口模塊、1個模擬量輸入模塊、1個模擬量輸出模塊、3個數(shù)字量輸入模塊，分站2主要由1個接口模塊及6個數(shù)字量輸入模塊組成，分站3主要由1個接口模塊及6個數(shù)字量輸出模塊組成。

4 結論

此系統(tǒng)能滿足設備大流量高壓力的使用需要，也提高產品的集成化、自動化。

采用分布式I／O集中控制系統(tǒng)完成對現(xiàn)場設備信息的采集與控制，同時采用市場上最先進的PROFIBUS－DP通信方式來實現(xiàn)主站與分站之間的數(shù)據(jù)交換，采用工業(yè)以太網來實現(xiàn)上位機與PLC之間的通訊，完全滿足了工藝設計要求，提高了設備的自動化運行程度。