冶金煤气系统中电液程控阀故障诊断及精度控制.pdf

2023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER冶金煤气系统中电液程控阀故障诊断及精度控制李志文，方良兵（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽马鞍山 243000）【摘要】钢铁企业中煤气热值品质是制约产品质量的关键因素之一，稳定的热值离不开程控阀的动态调节，电液执行机构作为可靠的驱动装置，对其故障诊断与精度控制的研究具有重要意义。结合AJ型电液执行机构基本原理，对日常维护中出现的故障进行深层次梳理与分析，提出了快速有效判断及处理故障的方法，同时阐述了几种动作精度控制途径。【关键词】电液执行机构；故障诊断；控制精度；混合系统【中图分类号】TQ547.8【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2023）04-0027-04 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Troubleshooting and Precision Control of Electro-hydraulic Programmable Control Valves in Metallurgical Gas SystemLI Zhiwen,FANG Liangbing(Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)【Abstract】The quality of gas calorific value in iron and steel enterprises is one of the key factors restricting the quality of products,and the stable calorific value cannot be separated from the dynamic adjustment of programmable valves.The research of electro-hydraulic actuator as a reliable driving device is of great significance in the study of its fault diagnosis and precision control.Combined with the basic principle of AJ-type electro-hydraulic actuator,analysis of faults appeared in the daily maintenance were carried out,the method of rapid and effective judgment and fault handling were put forward,and several ways of controlling the precision of action were elaborated at the same time.【Keywords】electro-hydraulic actuator;fault diagnosis;control accuracy;mixing system引言钢铁企业中煤气输配过程是实现能源高效回收、调控的关键环节之一，为了获得稳定压力和热值的煤气，煤气混合系统被广泛应用于工艺流程之中，该系统是实现煤气回收利用有效手段之一。1马钢北区煤气混合系统调节阀执行装置普遍采用国外某公司制造的AJ21、AJ41型电液执行机构，它是集机、电、液于一体的多功能调节型设备，具有力矩大、动作平稳、反应速度快等优点。煤气高品质热值和压力的保证离不开阀门开度精准、高效调控，因此，调节阀故障快速诊断和精度控制显得尤为重要。1 煤气混合系统介绍马钢北区煤气混合系统混合高炉煤气（BFG）和焦炉煤气（COG），其由高炉煤气（BFG）管的切断阀和电液执行机构，焦炉煤气（COG）管的切断阀和电液执行机构以及流量/压力测量仪表组成。通过PLC控制系统实现BFG压力和COG流量比例模式控制，保证混合系统出口压力和热值的稳定。2其工艺流程见图1。BFG 管电液执行机构是根据混合系统出口压力变化进行响应动作，实现恒压控制，即混合系统出口压力与设定值作实时比较，当其大于设定值时，电液执行机构开度减小，反之开度增大。COG272023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER管电液执行机构是按照流量比例换算后的设定值与实际值比较结果进行动作响应，即流量设定值为COG与BFG比例系数乘以BFG管实时流量值，实际流量大于设定值时，阀门开度减小，反之开度增大。电液执行机构正是在这种频繁动态响应动作中实现恒压控制和热值恒定调节。2 AJ型电液执行机构2.1 工作原理电液执行机构主要组成部件见图2，420 mA给定信号作用于动作线圈，其受力大小与输入信号成正比，动作线圈通过密封杠杆连接喷射管，随着它的动作带动连杆运动，进而触发喷射管位置变动。喷射管释放液压油，通过受油孔进入液压缸左右室，油泵为喷射管持续给油。当喷射管处于中间位置时，液压缸左右室压力相等，活塞不会动作。当输入信号改变时，例如动作线圈向上动作，喷射管偏向下部受油孔，活塞通过曲柄连杆带动凸轮旋转进而带动反馈连杆动作，阀位变化。凸轮具有线性特征，因此转动角度与线圈动作呈良好的线性正比例关系，即可通过改变电流大小实现机构高精度动作响应。2.2 油路控制原理液压控制油路如图3所示，其动作原理如下。2.2.1 远程控制当执行机构本体控制阀（C阀）切换至自动位（A位）时，可实现远程控制功能。（1）远程自动控制：电液执行机构的自动/停止电磁阀（S3）得电，关电磁阀（S1）、开电磁阀（S2）失电，动作线圈得到PLC发出的420 mA信号，液压油喷射管位置发生变化，在液压缸左右室产生压力差，进而驱动机械传动部分转动，同时将位置信号反馈给PLC，控制系统根据设定值与实时反馈值进行PID运算。（2）远程开阀控制：电液执行机构S2得电，S1、S3失电，油路控制换向阀动作进而改变活塞运动方向，机械传动转动阀门至全开位置，并将位置信号反馈给PLC。（3）远程关阀控制：电液执行机构S1得电，S2、S3失电，油路控制换向阀动作进而活塞运动方向改图1 混合系统工艺流程图2 电液执行机构工作原理图282023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER变，机械传动转动阀门至全关位置，并将位置信号反馈给PLC。2.2.2 机旁手动控制当执行机构本体C阀不在“A”位时，可实现机旁手动控制功能。（1）油泵正常工作时，手动切换C阀，可直接改变油路。根据C阀切换具体位置自动位（A位）禁动位（N位）开方向位（O位）关方向位（C位），可实现机旁现场阀门开关停操作。（2）油泵停止运转时，手动转动C阀至O/C位，通过手轮摇动机构本体机械齿轮啮合泵，可实现液压给油，阀门将缓慢动作至指定位置。3 常见故障及处理方法AJ电液执行机构具有功能部件多、专业性强的特点。功能上分为执行部分、传动部分、增压单元、切换单元等；专业上分为机械、电气、仪表等。日常故障诊断过程中需要花费较长时间才能精准定位到故障部位。近年来，通过现场实践和技术攻关，制定了如表 1所示快速识别常见故障及其处理的方法。S1关电磁阀；S2开电磁阀；S3自动/停止电磁阀；A自动位；N禁动位；C关方向位；O开方向位图3 油路系统图表1 常见故障及处理方法故障原因动作线圈或绕组损坏动作线圈与磁铁间积脏粘连C阀故障油压低活塞故障：a）O型圈密封失效b）旁通阀漏油空气滞留液压缸喷油管轴承损坏液压缸与传动件连接松动喷油管油压过高电磁阀卡塞，阀芯无法复位现 象阀门无法动作阀门动作迟缓阀门抖动阀门无法全行程动作阀门仅单向或停止动作处理方法检查绕组电阻值摆动动作线圈，直到脱离接触拆解、清洗a）调整减压阀开度b）调整开度无法解决时更换液压泵a）更换O型圈b）更换旁通阀排气更换喷射管组件检查联轴器，重新紧固降低喷油管减压阀设定压力拆解、清洗292023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER4 动作精度控制的途径阀门动作的精准控制与煤气调控精度和热值稳定息息相关。AJ型电液执行机构组成部件多而精密，频繁动作响应难以保证阀门持续性动作精度，而动作精度的下降将会给煤气混合输配带来重大影响。因此，在日常维护中需从以下几方面提升阀门动作精度控制。4.1 控制程序逻辑优化4.1.1 工艺参数优化与调整控制系统好比大脑中枢，生产现场远控设备的动作响应均来自控制系统指令，因此需优化程序逻辑满足精度控制要求。程序中工艺参数设定值要符合生产现场实际需要，根据 BFG、COG热值变化以及用户需求变化做适当的逻辑优化和调整。4.1.2 设置相应报警功能设置热值报警以及电液执行机构阀位实际值与反馈值偏差（10%）报警。一旦监控画面出现报警信息，相关人员应及时关注、处理。4.2 机构本体部件调整与控制4.2.1 曲柄连杆长度调整AJ型电液执行机构中由凸轮连接的曲柄连杆带动阀门旋转，通过调节其长度可以保证电液执行机构的开度与阀门实际开度一致，具体可根据现场刻度盘指示值和远程阀位反馈值比较结果调整杆长。4.2.2 位置变送器连杆调整连杆与凸轮上齿轮啮合实现运动，从而反馈位置。为了提高阀位精度，可调整连杆可调部分进行位置反馈精调，从而确保得到与现场实际显示值在允许误差范围内的反馈输出，这对控制精度的提高具有很重要作用。4.3 电气部分精度调整电液执行机构内的倾斜线圈接收到 PLC 发出的420 mA电流，克服反馈弹簧的作用力，带动密封连杆移动而控制油喷射管上下移动，控制喷油位置和喷油量，从而实现阀位调整。反馈弹簧、密封连杆、反馈杠杆、凸轮等部件因长期运行存在疲劳、磨损、松动等问题，影响精度控制，可对其进行局部润滑、紧固或更换。4.4 油品检测与定期更换电液执行机构属于精密控制设备，其动力系统由液压系统完成。现使用46#抗磨耐压液压油，油质的好坏会直接影响执行机构机械部分的润滑以及活塞动作。若油里杂质较大，品质下降易造成机械卡塞，信号执行偏差变大，降低控制精度。因此，日常维护中需对油品进行检测分析，按每2年定期更新液压油。3另外根据经验，液压油更换后常会出现机构动作异常现象，如拒动或不按指令动作等。经拆解诊断多为电磁阀在换油过程中，油路进入杂质导致弹簧机构卡涩无法复位引起。因此，换油过程要注意现场环境防护和部件的清洗。4.5 密封更换和滤网清洗密封也是确保精度的重要部件，密封质量不达标、老化都会引起密封不严，油路串油或漏油现象，导致机构动作迟缓和精度偏差变大。可在油箱换油时同步更换油路密封件，清洗滤网，保证液压系统运行可靠。4.6 信号回路定期检查与维护控制信号回路的维护往往是容易被忽视的一部分，信号线路断线以及干扰也很容易影响阀门的控制精度。日常维护过程中，应增加对信号线路的巡查频次，紧固端子、检测线路绝缘电阻、更新周期性信号隔离器，淘汰超期使用产品等，以提升系统控制的可靠性及准确性。5 结束语强化对AJ型电液执行机构日常维护与精度控制的跟踪，可提前预知精度变化趋势和规律。通过多维度探讨提升精度控制的途径，制定并采取及时有效应对措施，可有效降低因动作精度下降导致煤气混合系统失控风险，确保煤气工艺参数如热值、压力等满足工业生产实际需求。参 考 文 献 1 邓万里，方喆，陈伟昌.煤气混合加压站的过程控制技术 J.宝钢技术，2009（3）：12-16.2 刘健.制氢站煤气净化、加压、混合部分现场控制系统的应用 J.冶金动力，2008（1）：23-25.3 中 华 人 民 共 和 国 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局.液 压 油:GB 11118.12011 S.北京：中国标准出版社，2011.收稿日期：2023-06-11作者简介：李志文（1991-），男，大学本科，助理工程师，现从事仪控专业技术管理工作。30