一种高炉炉顶料流调节控制系统和方法与流程

1.本发明属于高炉冶炼技术领域，具体涉及一种高炉炉顶料流调节控制系统和方法。


背景技术：

2.众所周知，在高炉生产过程中，料流调节阀的口开度控制至关重要，只有实际开口度控制足够精确，才能有效地控制好下料闸的布料流量，使炉料按布料矩阵设定的角位、份数和布料时间准确地分布到炉内料面，这样才能准确高效地实现炉顶布料及上部调剂，确保高炉生产稳定运行。
3.高炉布料通过料流调节阀以控制料流的大小，目前采用较多的控制方式是通过液压控制调节阀的油缸，从而控制料流的大小，常规的料流调节阀控制系统采用电磁阀或比例阀进行控制，其控制回路结构如图1所示，主要由单向阀、电磁换向阀、液压锁、节流阀、球阀、集成阀块及球阀等组成，存在以下缺点：
①
精度差，采用电磁阀控制控制精度低；
②
速度无法连续调节，油缸的速度只能手动调节，无法连续控制；
③
布料不均匀，料流调节精度差导致布料不均匀，存在未布到或多布料现象；
④
安全性差，液压回路故障时无法自动切换；
⑤
冲击大，定速控制导致设备在启动和停止时的冲击大；
⑥
能源浪费，布料控制精度低导致原料浪费；
⑦
排放量大，存在料面未不到料的情况，导致料面明火燃烧造成大量燃烧气体排放；
⑧
检修困难，无法在线检修；
⑨
故障率高，冲击大、振动大，温度高导致设备故障增加。
4.有鉴于此，本发明人提出一种高炉炉顶料流调节控制系统和方法，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高炉炉顶料流调节控制系统和方法，该控制系统具有控制精度高、安全性好、自动调节、节省能源等优点，可以减少高炉布料冶炼过程中的故障率，提升炉顶布料作业的工作效率和设备使用寿命。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
7.一种高炉炉顶料流调节控制系统，包括检测编码器、plc控制器和液压控制回路，所述plc控制器分别与检测编码器和液压控制回路连接，所述plc控制器根据布料工艺和测量数据自动计算后发出控制信号至液压控制回路，所述液压控制回路得到控制信号后，控制油缸的速度及位置，所述检测编码器对油缸位置进行检测校准并输入到plc控制器中，所述plc控制器再根据检测编码器的检测数据计算后对液压控制回路进行修正控制，从而形成闭环控制。
8.进一步地，所述液压控制回路包括相互独立的主回路和备用回路，所述主回路和备用回路分别与plc控制器连接，通过plc控制器能够实现主回路与备用回路的切换。
9.进一步地，所述主回路包括第一球阀、比例换向阀、第一液控单向阀、第二球阀、第三球阀、第四球阀、第五球阀、第二液控单向阀、第一电磁换向阀、第一单向阀以及油缸；
10.其中，所述比例换向阀的进油口p1通过油道与高压供油管路p连通，所述比例换向阀的回油口t1通过油道与回油管路t连通，所述比例换向阀的电磁铁y1a与plc控制器连接；
11.所述比例换向阀第一输出油口a1依次经过第一液控单向阀、第二球阀、第三球阀与油缸的第一工作口连通，所述比例换向阀第二输出油口b1依次经过第二液控单向阀、第五球阀、第四球阀与油缸的第二工作口连通；
12.所述第一电磁换向阀的进油口p2通过油道与高压供油管路p连通，所述第一电磁换向阀的回油口t2与通过油道与回油管路t连通、且两者之间油道上安装有第一单向阀，所述第一电磁换向阀的电磁铁y1c与plc控制器连接；
13.所述第一电磁换向阀的第二输出油口b2分别与第一液控单向阀和第二液控单向阀连接；
14.所述比例换向阀的进油口p1和第一电磁换向阀的进油口p2与高压供油管路p的油道上设置有第一球阀。
15.进一步地，所述主回路还包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器均与plc控制器连接；
16.其中，所述第一压力传感器安装于第一液控单向阀与第二球阀之间的油道上，所述第二压力传感器安装于第五球阀与第二液控单向阀之间的油道上。
17.进一步地，所述备用回路包括第六球阀、第二电磁换向阀、第一液压锁、第一节流阀、第七球阀、第八球阀、第二节流阀、第二液压锁以及第二单向阀；
18.其中，所述第二电磁换向阀的进油口p3通过油道与高压供油管路p连通，所述第二电磁换向阀的回油口t3与通过油道与回油管路t连通、且两者之间油道上安装有第二单向阀，所述第二电磁换向阀的电磁铁y2a与plc控制器连接；
19.所述第二电磁换向阀的第一输出油口a3依次经过第一液压锁、第一节流阀、第七球阀与第二球阀和第三球阀之间的油道相连通，所述第二电磁换向阀的第二输出油口b3依次经过第二液压锁、第二节流阀、第八球阀与第四球阀和第五球阀之间的油道相连通。
20.进一步地，所述第一电磁换向阀和第二电磁换向阀均采用外泄阀。
21.进一步地，所述比例换向阀为电磁比例式换向阀或者电液比例换向阀。
22.进一步地，所述第一液控单向阀和第二液控单向阀均为外控外泄液控单向阀。
23.一种高炉炉顶料流调节控制方法，所述控制方法基于上述任一所述的一种高炉炉顶料流调节控制系统，具体包括以下步骤：
24.步骤一、在正常布料时，plc控制器根据布料工艺和测量数据自动计算后发出控制信号至液压控制回路；
25.步骤二、液压控制回路在得到控制信号后，根据故障情况选择由主回路或者备用回路进行控制油缸的速度及位置；
26.主回路工作时，第一电磁换向阀的电磁铁y1c先得电，第一电磁换向阀中的p2和b2连通，液压油通过第一球阀、第一电磁换向阀到达第一液控单向阀和第二液控单向阀的控制口x，第一液控单向阀和第二液控单向阀打开，油缸方能动作，此时比例换向阀中的y1a得电，p1和b1接通，a1和t1接通，液压油通过第一球阀、比例换向阀、第二液控单向阀、第五球阀、第四球阀进入油缸的有杆腔，回油通过无杆腔经第三球阀、第二球阀、第一液控单向阀、比例换向阀、第一单向阀流回，控制油缸后退，当比例换向阀中的y1b得电时，p1和a1接通，
t1和b1接通，油路换向，控制油缸前进；
27.备用回路工作时，第二电磁换向阀的y2a得电，第二电磁换向阀中的p3和b3接通，t3和a3接通，液压油通过第六球阀经第二电磁换向阀、第二液压锁、第二节流阀、第八球阀进入控制油缸的有杆腔，回油通过第七球阀、第一节流阀、第一液压锁、第二电磁换向阀、第二单向阀流回，控制油缸后退，当第二电磁换向阀的y2b得电时，p3和a3接通，t3和b3接通，油路换向，控制油缸前进；
28.步骤三、检测编码器对油缸的位置进行检测校准并输入到plc控制器中，所述plc控制器再根据检测编码器的检测数据计算后对液压控制回路进行修正控制，从而形成闭环控制。
29.进一步地，所述控制方法具有自动检测故障功能，若比例换向阀或者第一电磁换向阀发生故障时，对应油路上的第一压力传感器或者第二压力传感器检测到的压力信号不正常，plc控制器根据检测的压力信号数据，进行故障判断，并自动切换到第二电磁换向阀进行控制，启用备用回路，同时plc控制器进行报警。
30.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
31.本发明一种高炉炉顶料流调节控制系统和方法，其包括检测编码器、plc控制器和液压控制回路，plc控制器分别与检测编码器和液压控制回路连接，plc控制器根据布料工艺和测量数据自动计算后发出控制信号至液压控制回路，液压控制回路得到控制信号后，控制油缸的速度及位置，检测编码器对油缸位置进行检测校准并输入到plc控制器中，plc控制器再根据检测编码器的检测数据计算后对液压控制回路进行修正控制，从而形成闭环控制，使料流调节控制的精度小于0.2
°
；其中，液压控制回路包括相互独立的主回路和备用回路。与现有技术相比具备以下优点：
32.①
精度高，采用比例阀和编码器闭环控制精度高；
33.②
速度自动控制，通过控制系统实现对油缸进行连续速度控制；
34.③
布料均匀，采用编码器检测位置，控制系统自动控制实现高炉均匀布料；
35.④
安全性高，采用外控液控单向阀控制和备用回路自动切换提高安全性；
36.⑤
冲击小，采用低速启动和停止控制，减少设备震动和冲击；
37.⑥
节省能源，布料精度高减少原料和燃烧热能的浪费；
38.⑦
排放量小，减少料面未布到料的情况，减少明火燃烧造成的高炉气体排放量加大；
39.⑧
检修方便，可自动切换备用控制回路，实现在线检修；
40.⑨
故障率低，设备稳定故障率减少，炉顶顶温降低减少设备高温故障。
附图说明
41.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
42.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1是现有技术高炉炉顶料流调节阀控制回路结构图；
44.图2是本发明阀控制一种高炉炉顶料流调节控制系统结构图。
45.图中：1为检测编码器；2为plc控制器；3为液压控制回路；31为主回路；32为备用回路；321为第六球阀；322为第二电磁换向阀；323为第一液压锁；324为第一节流阀；325为第七球阀；326为第八球阀；327为第二节流阀；328为第二液压锁；329为第二单向阀；3101为第一球阀；3102为比例换向阀；3103为第一液控单向阀；3104为第二球阀；3105为第一压力传感器；3106为第八球阀；3107为第四球阀；3108为第五球阀；3109为第二压力传感器；3110为第二液控单向阀；3111为第一电磁换向阀；3112为第一单向阀。
具体实施方式
46.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
47.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
48.请参见图2所示，本发明一种高炉炉顶料流调节控制系统，包括检测编码器1、plc控制器2和液压控制回路3，所述plc控制器2分别与检测编码器1和液压控制回路3连接，1plc控制器2根据布料工艺和测量数据自动计算后发出控制信号至液压控制回路3，液压控制回路3得到控制信号后，控制油缸的速度及位置，检测编码器1对油缸位置进行检测校准并输入到plc控制器2中，plc控制器2再根据检测编码器1的检测数据计算后对液压控制回路3进行修正控制，从而整体形成闭环控制，经过实际验证，能够使料流调节控制的精度小于0.2
°
。
49.其中，本发明实施例中液压控制回路3包括相互独立的主回路31和备用回路32，主回路31和备用回路32分别与plc控制器2连接，通过plc控制器2能够实现主回路31与备用回路32的自由切换。
50.具体的，本发明实施例主回路31包括第一球阀3101、比例换向阀3102、第一液控单向阀3103、第二球阀3104、第三球阀3106、第四球阀3107、第五球阀3108、第二液控单向阀3110、第一电磁换向阀3111、第一单向阀3112以及油缸；其中，比例换向阀3102的进油口p1通过油道与高压供油管路p连通，比例换向阀3102的回油口t1通过油道与回油管路t连通，比例换向阀3102的电磁铁y1a与plc控制器2连接；比例换向阀3102第一输出油口a1依次经过第一液控单向阀3103、第二球阀3104、第三球阀3106与油缸的第一工作口连通，所述比例换向阀3102第二输出油口b1依次经过第二液控单向阀3110、第五球阀3108、第四球阀3107与油缸的第二工作口连通。
51.本发明实施例第一电磁换向阀3111的进油口p2通过油道与高压供油管路p连通，第一电磁换向阀3111的回油口t2与通过油道与回油管路t连通、且两者之间油道上安装有第一单向阀3112，第一电磁换向阀3111的电磁铁y1c与plc控制器2连接；其中，第一电磁换向阀3111的第二输出油口b2分别与第一液控单向阀3103和第二液控单向阀3110连接；比例换向阀3102的进油口p1和第一电磁换向阀3111的进油口p2与高压供油管路p的油道上设置有第一球阀3101。
52.优选的，本发明实施例主回路31还包括第一压力传感器3105和第二压力传感器3109，第一压力传感器3105和第二压力传感器3109均与plc控制器2连接；其中，第一压力传感器3105安装于第一液控单向阀3103与第二球阀3104之间的油道上，第二压力传感器3109安装于第五球阀3108与第二液控单向阀3110之间的油道上。即通过第一压力传感器3105和第二压力传感器3109能够检测主回路31是否正常工作。
53.本发明实施例的备用回路32包括第六球阀321、第二电磁换向阀322、第一液压锁323、第一节流阀324、第七球阀325、第八球阀326、第二节流阀327、第二液压锁328以及第二单向阀329；其中，所述第二电磁换向阀322的进油口p3通过油道与高压供油管路p连通，第二电磁换向阀322的回油口t3与通过油道与回油管路t连通、且两者之间油道上安装有第二单向阀329，第二电磁换向阀322的电磁铁y2a与plc控制器2连接；第二电磁换向阀322的第一输出油口a3依次经过第一液压锁323、第一节流阀324、第七球阀325与第二球阀3104和第三球阀3106之间的油道相连通，第二电磁换向阀322的第二输出油口b3依次经过第二液压锁328、第二节流阀327、第八球阀326与第四球阀3107和第五球阀3108之间的油道相连通。
54.优选的，本发明实施例中第一电磁换向阀3111和第二电磁换向阀322均采用外泄阀，泄漏油可分别通过泄油管路(图中未显示)回到油箱，减少了泄油背压，提升了操作的灵敏性和可靠性。
55.优选的，本发明比例换向阀3102包含但不限于图中形式，采用单电磁铁或其它机能的比例换向阀只要实现本发明功能即可，例如可选择电磁比例式换向阀或者电液比例换向阀。
56.优选的，本发明实施例中第一液控单向阀3103和第二液控单向阀3110均为外控外泄液控单向阀，减少了因泄油背压导致的阀动作速度降低等故障，进一步提升了设备控制的准确性。
57.另外，本发明还提供了一种高炉炉顶料流调节控制方法，该方法基于上述控制系统，具体包括以下步骤：
58.步骤一、在正常布料时，plc控制器2根据布料工艺和测量数据自动计算后发出控制信号至液压控制回路3；
59.步骤二、液压控制回路3在得到控制信号后，根据故障情况选择由主回路31或者备用回路31进行控制油缸的速度及位置(常规状态下由主回路31控制，只有当主回路31出现故障或者需要检修时切换至备用回路32)；
60.具体的，主回路31工作时，第一电磁换向阀3111的电磁铁y1c先得电，第一电磁换向阀3111中的p2和b2连通，液压油通过第一球阀3101、第一电磁换向阀3111到达第一液控单向阀3103和第二液控单向阀3110的控制口x，第一液控单向阀3103和第二液控单向阀3110打开，油缸方能动作，此时比例换向阀3102中的y1a得电，p1和b1接通，a1和t1接通，液压油通过第一球阀3101、比例换向阀3102、第二液控单向阀3110、第五球阀3108、第四球阀3107进入油缸的有杆腔，回油通过无杆腔经第三球阀3106、第二球阀3104、第一液控单向阀3103、比例换向阀3102、第一单向阀3112流回，控制油缸后退，当比例换向阀3102中的y1b得电时，p1和a1接通，t1和b1接通，油路换向，控制油缸前进；
61.主回路31工作时，第二电磁换向阀322的y2a得电，第二电磁换向阀322中的p3和b3接通，t3和a3接通，液压油通过第六球阀321经第二电磁换向阀322、第二液压锁328、第二节
流阀327、第八球阀326进入控制油缸的有杆腔，回油通过第七球阀325、第一节流阀324、第一液压锁323、第二电磁换向阀322、第二单向阀329流回，控制油缸后退，当第二电磁换向阀322的y2b得电时，p3和a3接通，t3和b3接通，油路换向，控制油缸前进；
62.步骤三、检测编码器1对油缸的位置进行检测校准并输入到plc控制器2中，plc控制器2再根据检测编码器1的检测数据计算后对液压控制回路3进行修正控制，从而形成闭环控制。
63.其中，本发明控制方法具有自动检测故障功能，例如比例换向阀3102或者第一电磁换向阀3111发生故障时，对应油路上的第一压力传感器3105或者第二压力传感器3109检测到的压力信号不正常，plc控制器2根据检测的压力信号数据，进行故障判断，并自动切换到第二电磁换向阀322进行控制，启用备用回路32，同时plc控制器2进行报警，不影响高炉的生产作业。
64.另外本发明控制方法具有多层安全保护控制，在主回路31中采用了外控外泄的液控第一液控单向阀3103和第二液控单向阀3110，只有当第一电磁换向阀3111给电时，液压油通过x后打开第一液控单向阀3103和第二液控单向阀3110，此时操作比例换向阀3102才有用，提高了操作安全性，减少误操作的发生，同时采用独立的主回路31和备用回路32控制，提高了高炉布料的安全级别。
65.本发明可实现在线更换和检修，如当主回路31中元件损坏时，关闭第一球阀3101、第二球阀3104和第五球阀3108，主回路31和系统切断，此时可启用备用回路32，同时对主回路31中的元件进行在线更换和检修，系统仍可正常工作，当备用回路32中元件损坏时，关闭第六球阀321、第七球阀325和第八球阀326，备用回路32和系统切断，此时可启用主回路31工作，同时对备用回路32中的元件进行在线更换和检修，系统仍能不间断工作，提高了生产效率。
66.本发明通过比例换向阀实现油缸的不同速度控制，通过闭环控制提高控制精度，减少了由于油缸位置精度低导致开口度控制精度差，从而引起高炉的布料不均匀问题，减少了料布不到引起的过度燃烧现象，减少了料堆积引起的燃烧塌陷现象，改善了高炉燃烧状态，减少排放的同时提高了冶炼效率，节省了能源。
67.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
68.应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。