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高炉探尺“软”故障的分析

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高炉探料设备即探尺,在高炉冶炼过程中用来探测料线,随时了解炉内料面料位高度。准确地探测料线,保持料线稳定不但对高炉冶炼十分重要,而且对炉顶设备的安全运转和使用寿命也很重要,因为料线位置过高或过低都会影响炉喉料面的合理分布,且料线过低会使炉顶煤气温度显著升高,增加对设备的不利影响。由此可见,探料设备的工作是否准确、可靠,对高炉冶炼有着直接的影响。安阳钢铁股份有限公司2200m³高炉采用三台机械探尺,由PLC变频器控制,增量型编码器反馈速度信号至变频器,绝对值编码器反馈信号至PLC,用于料线显示和软上、下限L控制,减速机低速轴联接主令控制器,用于料线零点调试及滞后于软上、下限的限位控制。整个系统可靠性较高,但在实际生产过程中偶有故障存在。

一、故障现象

2005年5月7日,8#高炉在正常需要自动放料,三台探尺同时提尺的瞬间,工长要求操作禁止,程序控制探尺重新下放探料,此时,2、3#探尺至近2m到达料面,1#探尺则瞬间“下放”至画面显示21m,操作工发现后,随即手动提尺,画面显示为19m时,画面显示上超位和下限位同时出现,此时1#探尺不能动作。操作工联系电工和仪表工,并首先到机旁操作检修位提尺,同样不能动作。电工检查机旁控制及至PLC线路,发现转换开关机旁位进PLC线在PLC盘后端子处松脱,与此同时,另外一名电工到探尺控制柜检查,并与现场操作工联系手动强制抱闸接触器吸合,观察探尺动作情况,强制抱闸吸合后,上位机显示1#探尺料线由19m变为6m,随后集中操作手动提尺,探尺工作正常。与此同时,机旁操作人员观察到探尺动作,且时间比正常动作时间要长。

二、故障现象分析

1.1#探尺画面显示为21m

(1)从高炉当时的工艺现状来看,这种显示是假象,实际料线应为2m左右。

(2)从探尺放尺的逻辑控制角度分析,首先在探尺自动放尺过程中,由软下限控制其停车,软下限编码器值在程序中设定为5.5m,如果编码器工作正常,在放尺过程中料线显示值应控制在5.5m之内。

(3)其次考虑手动操作控制。在集中或机旁手动操作中,探尺下放都经PLC控制,同样不可能造成探尺无限制下放。只有在变频器面板手动操作反转的情况下,才可能使电机处于反向电动状态。

(4)从编码器原理分析。探尺编码器为多圈绝对值编码器,如果圈数位线路松动或闪烁,可能造成编码器显示值瞬间跳跃,在实际应用中,探尺编码器圈数位进1,料线显示数值能够跃变在10m以上(此值在探尺调试过程中验证)。另外,从历史趋势图上可以看到,故障瞬间料线从近2m瞬间下滑至21m。说明21m为假值是极有可能的。

2.在画面显示为21米的现象为假值的前提下的分析

(1)操作工集中手动提尺,由21m提至19m后上超位和下限同时到,探尺不能动作。分析解释如下:画面显示为21m,实际料线应为2m左右,手动提尺逻辑控制中,首先要靠软上限(-0.3m,由编码器来)来断开PLC输出,之后由主令控制器的上限位、上超位来做超级保护,由于编码器显示值为19m,不可能由上限断开输出,而靠主令控制器来断开,现场检查主令控制器的上限位和上超位非常接近,这种现象应是上限位断开输出后,由于一定的惯性使主令控制器上超位出现。也就是说,操作工看到的从21m到19m的提尺过程实际为从近2m到上限位(大约-0.6m)的过程。

(2)电工强制抱闸接触器吸合后,1#探尺显示由19m变为6m,集中手动操作正常的分析:手动使抱闸接触器闭合,电机抱闸松开,此时探尺坠砣靠重力下方,同时在下放过程中,由于编码器软故障消失,此时显示为正常料线。因手动下放后,上超限位消失,此时探尺手动提尺正常。

机旁操作人员发现探尺动作,且时间比正常动作时间要长。在询问现场操作人员时,无人能够确认电机旋转方向,根据探尺设备特点,分析解释如下:检修人员发现探尺动作的时间应为手动捅抱闸的时间,此时应为探尺由上超位到料线6m的动作时间,需要下放长度应为7m左右,滚筒每圈周长为1.4m,那么久需要转动五圈左右,而正常工作时间一般为料线2m至软上限-0.3m,行程只有2.3m,滚筒只转动一周半左右。不难解释故障处理过程中动作时间远远大于正常工作时间。

综合以上分析结果,应为编码器“软”故障引起,

三、启示

由以上分析可知,在探尺画面出现瞬间大幅度下滑现象的情况下,操作工采取一定的应急处理措施如手动放尺、机旁检修位提尺等是有必要的。但是在高炉炉况正常情况下,处理故障人员一般应判断其为假性故障,可以建议操作工暂时停用故障探尺,以便在不影响高炉生产的情况下进行下一步检查处理。

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