马 宁

（唐山首信自动化信息技术有限公司，河北 唐山 063000）

1 概述

TMT炉前三大机分别包括泥炮机、开口机、沟盖机。高炉炉前出铁场有四个出铁口，每个出铁口都配有一套三大机，每套出铁口设备均配有一组液压阀台，通过阀台上的电磁阀、比例阀控制设备的运行；开口机、沟盖机运行需要200bar系统压力，泥炮机运行需要315bar系统压力，PLC系统根据现场所选择的设备来控制液压站电磁阀为现场提供对应的系统压力。

图1 油路示意图

该液压系统有3台主泵、1台循环泵、2套蓄能器，正常工作时三台主泵的状态为一台运行（为现场设备运行提供液压驱动力）、一台热备（当现场有两个出铁场同时动作设备或者蓄能器压力不足时该泵自动启动运行）、一台停用（冷备状态，可手动启动该泵运行），每台主泵配有一套出口电磁阀（选择输出200bar或者315bar），油箱上有一组油箱出口电磁阀分别与3台主泵对应（该组电磁阀得电时与200bar管路接通，失电时与315bar管路接通），还有1个油路互通电磁阀（失电时200bar管路与315bar管路接通）；当运行开口机或沟盖机时，主泵出口200bar管路电磁阀及对应的油箱出口200bar管路电磁阀打开，向现场设备提供200bar系统压力，当运行泥炮机时，主泵出口315bar管路电磁阀打开，向现场设备提供315bar系统压力（液压系统示意图见图1，以其中一台主泵举例）。

2 炉前三大机控制系统现有控制方式及其缺陷

最初该系统具备以下控制方式：

①通过HMI系统在主控室进行全自动和手动操作；②通过现场操作台可实现手动、自动操作；③通过遥控器遥控操作；④事故状态下的液压系统切换控制：指当1#出铁场液压油路设备出现故障时，手动切换油路系统，通过4#出铁液压油路驱动1#出铁场设备运行，从而确保炉前连续生产；⑤紧急模式：为防止PLC系统故障或液压站主泵故障造成设备无法动作，而配备的一种应急操作模式，即由PLC系统控制改为电气控制，通过蓄能器提供的动力驱动设备运行，根据信号变送器的预设值将模拟量信号传输至比例阀从而控制开口机、泥炮机的运行速度。

前四种模式都是通过PLC系统来控制设备的运行，一旦PLC系统出现故障时，就只能通过紧急模式来控制设备运行，但是，通过紧急模式控制设备运行也存在以下三个方面的问题：

①紧急模式可以完成一次沟盖机移盖、泥炮机堵口操作，但无法实现开口机连续多次地钻眼操作；②通过紧急模式运行设备时，200bar油路管路与315bar油路管路连通，这对200bar油路系统管路冲击较大，易造成油路系统及液压设备故障，无法保证三大机的连续稳定运行；③如果控制系统的24V电源出现故障，将导致紧急模式也无法使用。

3 控制系统升级改造方案

为了提高该系统的可靠性及稳定性，保证高炉炉前生产的连续性，现对该系统进行以下改造升级工作：

（1）给液压站主泵及循环泵增加直起控制转换开关，当PLC系统发生故障导致液压站主泵及循环泵无法运行时，通过转换开关直接控制各个泵的运行，从而为三大机提供连续不断地驱动力。

（2）给液压站主泵出口压力电磁阀及油路切换电磁阀增加控制转换开关，确保PLC系统故障时能手动控制液压系统电磁阀，通过转换开关选择输出200bar压力和315bar压力。

（3）给200bar、315bar油路互通电磁阀及蓄能器电磁阀增加控制转换开关，确保315bar油路系统不会对200bar油路系统造成冲击，并且保留蓄能器的应急使用功能。

（4）给24V控制电源系统增加冗余电源，即使有一路24V电源出现故障也不影响设备的正常运行，大大提高控制系统的可靠性。

（5）增加液压站主泵异常预警功能，将程序中主泵异常状态点与炉前三大机警报器做关联输出，实现当液压站出现主泵状态异常时，炉前四个出铁场警报器鸣响，发出报警，确保生产人员及时发现，从而尽快联系维检人员处理。

4 成果与效益

图2 历年成果及效益对比

通过以上改造结合原有的紧急模式控制（即通过信号变送器输出电流信号的大小控制比例阀的开度，从而控制设备的运行速度及压力），这种新的控制方式解决了PLC系统或24V控制电源出现故障时导致炉前三大机无法连续稳定运行的问题，满足生产工艺需要，也为处理设备故障争取了充足的时间。

从2009年京唐公司一期1#、2#高炉投产开始至2014年年底，炉前三大机累计发生影响生产故障12起，严重时甚至导致炉前开口机、泥炮机烧毁，造成高炉减风，累计经济损失约2150万元，2015年该改造项目实施后至今，炉前三大机未再发生过一起影响生产故障。