一种TRT静叶执行机构同步控制系统及控制方法

摘要

本发明涉及一种TRT静叶执行机构同步控制系统和控制方法，所述控制系统包括由液压系统和控制系统组成的电液伺服系统；液压系统的压力油进油口分别设置有伺服阀一、伺服阀二、同步阀、手动换向阀和带辅助手柄电磁换向阀，其中伺服阀、液控单向阀、油缸位置传感器及控制系统组成了油缸自动控制回路；同步阀、液控换向阀、液压锁、带辅助手柄电磁换向阀和控制系统组成了油缸手动控制回路；油缸自动控制回路与油缸手动控制回路之间通过手动换向阀切换。本发明可确保2个油缸同步运行，设置自动、软手动和硬三种控制方式，确保TRT静叶系统的安全有效运行，控制系统电气元件及伺服执行元件全部采用防爆设计，彻底解决了原系统中存在的安全隐患。

说明书

技术领域

本发明涉及高炉煤气余压透平发电装置(TRT)的静叶液压控制系统，尤其涉及一 种TRT静叶执行机构同步控制系统及控制方法。

背景技术

高炉煤气余压透平发电装置(TRT)是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具 有的压力能及热能,使煤气通过透平膨胀机做功,将其转化为机械能，再将机械能转化为电 能的装置。电液伺服控制系统在TRT装置中,属于八大系统之一的分系统，其根据主控室的 指令实现TRT的开、停、转速控制、功率控制、炉顶压力以及过程检测等系统控制,以上功能 控制最终反映在控制透平机的转速上,也就是要控制透平静叶的开度。其工作原理是由自 控系统发出的指令信号，在伺服控制器中与油缸的实际位置信号相比较，成为误差信号放 大后，送入电液伺服阀，伺服阀按一定的比例将电信号转变成液压油流量推动油缸运动，由 位置传感器发出的反馈信号不断改变，直至与指令信号相等时，油缸停止运动，即停在指定 的位置上，使透平静叶稳定在此开度上。

现有电液伺服控制系统采用的是一个伺服阀输出一路控制油路，然后分为两路油 路支路分别驱动控制两套油缸动作，其控制检测也是由一路油缸所配的位置传感器完成闭 环检测控制，另一路油缸为被动随动驱动。在实际应用中，因液压管路阻力、机械负荷不平 衡等原因使液压系统的两套油缸行程动作不同步，且油缸不同步产生的巨大机械扭力长期 作用于机组静叶机械结构上将导致机械损坏，影响设备的使用寿命，并对高炉及余压发电 机组形成安全威胁。

发明内容

本发明提供了一种TRT静叶执行机构同步控制系统及控制方法，采用2个伺服阀分 别控制2个油缸，确保油缸同步运行；设置油缸自动控制、油缸软手动控制和油缸硬手动控 制三种工作状态，确保系统的安全有效运行并可提高运行效率、延长系统运行寿命；控制系 统电气元件及伺服执行元件全部采用防爆设计，彻底解决了原系统中存在的煤气区域电气 设备不防爆的安全隐患。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种TRT静叶执行机构同步控制系统，包括由液压系统和控制系统组成的电液伺 服系统；

所述液压系统的压力油进油管道上分别设置有伺服阀一、伺服阀二、同步阀、手动 换向阀和带辅助手柄电磁换向阀，其中：

伺服阀一的2个工作油口分别通过液控单向阀I一和液控单向阀I二连接油缸一的 有杆腔和无杆腔，油缸一上安装的位置传感器一通过控制系统连接伺服阀一；伺服阀二的2 个工作油口分别通过液控单向阀II一和液控单向阀II二连接油缸二的有杆腔和无杆腔，油 缸二上安装的位置传感器二通过控制系统连接伺服阀二；液控单向阀I一、液控单向阀I二、 液控单向阀II一、液控单向阀II二的控制油口分别与手动换向阀连接；以上部分共同组成 油缸自动控制回路；

同步阀分别通过液控换向阀一连接液压锁一，通过液控换向阀二连接液压锁二， 液压锁一的2个单向阀分别并联在油缸一前的进油路和回油路上，液压锁二的2个单向阀分 别并联在油缸二前的进油路和回油路上；液控换向阀一和液控换向阀二分别通过带辅助手 柄电磁换向阀连接控制系统；以上各部共同组成油缸手动控制回路；

手动换向阀上设有触发按钮，触发铵钮与控制系统相连接；

所述控制系统由逻辑运算单元、信号输出模块、信号转换器、防爆触摸屏和声光报 警单元组成，逻辑运算单元与信号输出模块、防爆触摸屏之间均为双向连接，信号转换器分 别与逻辑运算单元和信号输出模块连接；信号输出模块另外连接液压系统执行及反馈元件 及声光报警单元，液压系统执行及反馈元件与信号转换器连接，所述液压系统执行及反馈 元件包括油缸一上的位置传感器一、油缸二上的位置传感器二、手动换向阀上的触发按钮、 伺服阀一、伺服阀二以及带辅助手柄电磁换向阀；逻辑运算单元另外与TRT控制系统连接。

所述控制系统中所有电子元件及液压系统中的伺服执行元件均满足GB3836.14- 2000《爆炸性环境用防爆电气设备》的要求。

所述控制系统的输入电源为两路交流电源，分别通过电源转换模块和冗余电源模 块连接智能电器保护模块，智能电器保护模块具有4路独立负载保护电路，其中2路独立负 载保护电路分别连接伺服阀一和伺服阀二。

所述控制系统设有防爆控制面板，防爆控制面板上设防爆触摸屏、控制旋钮及信 号灯。

一种TRT静叶执行机构同步控制方法，包括油缸自动控制、油缸软手动控制和油缸 硬手动控制3种工作模式，具体步骤如下：

1)油缸自动控制过程：手动换向阀手柄推向油路自动控制一侧，油路切换为油缸 自动控制回路工作状态，同时通过触发按钮将该状态信息送至控制系统；此时从压力油进 口输入的液压油连通液控单向阀I一、液控单向阀I二、液控单向阀II一、液控单向阀II二上 的控制油口，液压油进入油缸一和油缸二推动活塞杆移动；油缸一和油缸二上的位置传感 器分别将检测位置信号反馈到控制系统，与TRT控制系统传送的静叶开度控制信号相比较， 经比较处理后的位置控制输出信号分别送往伺服阀一和伺服阀二，伺服阀一和伺服阀二分 别控制经对应液控单向阀输出到油缸一或油缸二的液压油流量，实现油缸一和油缸二自动 同步控制；

2)油缸软手动控制过程：当手动换向阀手柄推向手动控制一侧时，油路切换为油 缸手动控制回路工作状态；通过触发按钮将该状态信息送至控制系统，控制系统分别向带 辅助手柄电磁换向阀的两侧电磁线圈发出远方软手动控制开关信号，控制液控换向阀一通 过液压锁一控制油缸一的行程，同时控制液控换向阀二通过液压锁二控制油缸二的行程； 实现油缸一和油缸二软手动同步控制；

3)油缸硬手动控制过程：当控制系统因供电故障断电或液压系统电气部分故障 时，仅有油泵运转为液压系统供油，系统既不能实现自动控制又不能实现远方软手动控制； 此时通过手动换向阀或带辅助手柄电磁换向阀上的手动操作手柄，直接硬手动操作控制油 路控制油缸一和油缸二的行程，从而保障设备安全运行。

所述控制系统的交流电源输入端并联有电源监控模块，实时检测两路交流电源供 电状态，交直流电路故障时分别有报警提示；当任意一路交直流电路故障时，通过冗余电源 模块，另一路交直流供电电路仍可对系统正常供电，即具备系统供电冗余保护功能。

所述智能电器保护模块的4路独立负载保护电路上分别设有电流显示和保险电 阻，保护电流参数设多档参数可调；当逻辑控制单元检测到某一独立负载保护电路上的负 荷变化接近预先设定的保护电流值时，即实施预报警显示，提示相关专业人员干预，避免因 普通电气保护开关直接关断回路电流造成损失。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用2个伺服阀分别控制2个油缸，确保油缸同步运行，2个油缸自动控制时的同 步控制精度可达0.1mm，从而对TRT透平静叶的开度实施安全、可靠、精准的控制；

2)设置油缸自动控制、油缸软手动控制和油缸硬手动控制三种工作状态，确保系 统的安全有效运行并可提高运行效率、延长系统运行寿命；

3)控制系统电气元件及伺服执行元件全部采用防爆设计，彻底解决了原系统中存 在的煤气区域电气设备不防爆的安全隐患；

4)系统设有防爆控制面板，配有多路信号灯及多路操作控制旋钮按钮及防爆触摸 屏，中控室控制端故障时，操作人员可通过防爆触摸屏或控制旋钮手动操作控制静叶开度， 保障机组安全运行。

附图说明

图1是本发明所述TRT静叶执行机构同步控制系统的结构示意图。

图2是本发明所述控制系统与液压伺服执行单元的连接关系示意图。

图3是本发明所述控制系统电源输入端的结构示意图。

图4是本发明所述防爆控制面板的结构示意图。

图中：A.油缸一B.油缸二A2-1.液控单向阀I一A2-2.液控单向阀I二B2-1.液 控单向阀II一B2-2.液控单向阀II二A4.液压锁一B4.液压锁二A3.液控换向阀一B3. 液控换向阀二A1.伺服阀一B1.伺服阀二C2.手动换向阀C1.带辅助手柄电磁换向阀D. 油泵D1.触发按钮C3.同步阀DC1.电源转换模块DC2.电源监控模块DC3.冗余电源模块 DC4.智能电器保护模块

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，是本发明所述TRT静叶执行机构同步控制系统的结构示意图，本发明所述 一种TRT静叶执行机构同步控制系统，包括由液压系统和控制系统组成的电液伺服系统；

所述液压系统的压力油进油管道上分别设置有伺服阀一A1、伺服阀二B1、同步阀 C3、手动换向阀C2和带辅助手柄电磁换向阀C1，其中：

伺服阀一A1的2个工作油口分别通过液控单向阀I一A2-1和液控单向阀I二A2-2连 接油缸一A的有杆腔和无杆腔，油缸一A上安装的位置传感器一通过控制系统连接伺服阀一 A1；伺服阀二B1的2个工作油口分别通过液控单向阀II一B2-1和液控单向阀II二B2-2连接 油缸二B的有杆腔和无杆腔，油缸二B上安装的位置传感器二通过控制系统连接伺服阀二 B1；液控单向阀I一A2-1、液控单向阀I二A2-2、液控单向阀II一B2-1、液控单向阀II二B2-2 的控制油口分别与手动换向阀C2连接；以上部分共同组成油缸自动控制回路；

同步阀C3分别通过液控换向阀一A3连接液压锁一A4，通过液控换向阀二B3连接液 压锁二B4，液压锁一A4的2个单向阀分别并联在油缸一A前的进油路和回油路上，液压锁二 B4的2个单向阀分别并联在油缸二B前的进油路和回油路上；液控换向阀一A3和液控换向阀 二B3分别通过带辅助手柄电磁换向阀C1连接控制系统；以上各部共同组成油缸手动控制回 路；

手动换向阀C2上设有触发按钮D1，触发铵钮D1与控制系统相连接；

所述控制系统由逻辑运算单元、信号输出模块、信号转换器、防爆触摸屏和声光报 警单元组成，逻辑运算单元与信号输出模块、防爆触摸屏之间均为双向连接，信号转换器分 别与逻辑运算单元和信号输出模块连接；信号输出模块另外连接液压系统执行及反馈元件 及声光报警单元，液压系统执行及反馈元件与信号转换器连接，所述液压系统执行及反馈 元件包括油缸一A上的位置传感器一、油缸二B上的位置传感器二、手动换向阀C2上的触发 按钮D1、伺服阀一A1、伺服阀二B1以及带辅助手柄电磁换向阀C1；逻辑运算单元另外与TRT 控制系统连接。

所述控制系统中所有电子元件及液压系统中的伺服执行元件均满足GB3836.14- 2000《爆炸性环境用防爆电气设备》的要求。

所述控制系统的输入电源为两路交流电源，分别通过电源转换模块DC1和冗余电 源模块DC3连接智能电器保护模块DC4，智能电器保护模块DC4具有4路独立负载保护电路， 其中2路独立负载保护电路分别连接伺服阀一A1和伺服阀二B1。

所述控制系统设有防爆控制面板，防爆控制面板上设防爆触摸屏、控制旋钮及信 号灯。

一种TRT静叶执行机构同步控制方法，包括油缸自动控制、油缸软手动控制和油缸 硬手动控制3种工作模式，具体步骤如下：

1)油缸自动控制过程：手动换向阀C2手柄推向油路自动控制一侧，油路切换为油 缸自动控制回路工作状态，同时通过触发按钮D1将该状态信息送至控制系统；此时从压力 油进口输入的液压油连通液控单向阀I一A2-1、液控单向阀I二A2-2、液控单向阀II一B2-1、 液控单向阀II二B2-2上的控制油口，液压油进入油缸一A和油缸二B推动活塞杆移动；油缸 一A和油缸二B上的位置传感器分别将检测位置信号反馈到控制系统，与TRT控制系统传送 的静叶开度控制信号相比较，经比较处理后的位置控制输出信号分别送往伺服阀一A1和伺 服阀二B1，伺服阀一A1和伺服阀二B1分别控制经对应液控单向阀输出到油缸一A或油缸二B 的液压油流量，实现油缸一A和油缸二B自动同步控制；

2)油缸软手动控制过程：当手动换向阀C2手柄推向手动控制一侧时，油路切换为 油缸手动控制回路工作状态；通过触发按钮D1将该状态信息送至控制系统，控制系统分别 向带辅助手柄电磁换向阀C1的两侧电磁线圈发出远方软手动控制开关信号，控制液控换向 阀一A3通过液压锁一A4控制油缸一A的行程，同时控制液控换向阀二B3通过液压锁二控B4 制油缸二B的行程；实现油缸一A和油缸二B软手动同步控制；

3)油缸硬手动控制过程：当控制系统因供电故障断电或液压系统电气部分故障 时，仅有油泵D运转为液压系统供油，系统既不能实现自动控制又不能实现远方软手动控 制；此时通过手动换向阀C2或带辅助手柄电磁换向阀C1上的手动操作手柄，直接硬手动操 作控制油路控制油缸一A和油缸二B的行程，从而保障设备安全运行。

所述控制系统的交流电源输入端并联有电源监控模块DC2，实时检测两路交流电 源供电状态，交直流电路故障时分别有报警提示；当任意一路交直流电路故障时，通过冗余 电源模块DC3，另一路交直流供电电路仍可对系统正常供电，即具备系统供电冗余保护功 能。

所述智能电器保护模块DC4的4路独立负载保护电路上分别设有电流显示和保险 电阻，保护电流参数设多档参数可调；当逻辑控制单元检测到某一独立负载保护电路上的 负荷变化接近预先设定的保护电流值时，即实施预报警显示，提示相关专业人员干预，避免 因普通电气保护开关直接关断回路电流造成损失。

本发明改进了原有TRT系统中两油缸采用一路伺服阀控制时运行不同步，极易造 成机械损坏的缺陷，提高了TRT系统运行效率；可以延长TRT机组运行寿命，提高运行效率， 增加高炉煤气回收系统经济效益。该系统液压伺服执行元件及控制系统电子元件全部采用 防爆设计，配套电液设备全部符合煤气区域防爆电气标准，彻底解决了原系统存在的煤气 区域电气设备不防爆的安全隐患。

2个油缸A、B分别配置了位置传感器，采用高分辨率、高精度、高灵敏度快速响应技 术，油缸自动控制时，油缸位置信号经控制系统与与TRT控制系统传送的静叶开度控制信号 相比较，经逻辑运算单元智能运算处理后的两油缸同步控制精度可达0.1mm。位置传感器安 装后将零点调整到与机械系统的零位一致，防止油缸行程超出机械系统的运动范围而造成 机械系统的损坏。

本发明中的油缸手动控制方法更适合机械安装和检修过程中液压系统与机械配 合统调时，目视下的联合液压与机械调整，可防止远方操作时危险发生。

油缸手动控制回路的液控换向阀一A3和液控换向阀二B3前端配有同步阀C3，可在 手动控制时平衡、调整、分配进入油缸一A和油缸二B的油量和油压，从而使得油缸一A和油 缸二B在软手动和硬手动控制中，经人工搬动换向手柄控制油缸行程状况下尽可能同步,且 手动控制时的同步精度≤3％；从而确保在自动控制和手动时油缸动作的同步性。

控制系统可对油缸行程、液压油压力、过滤器压差、交直流供电、伺服阀工作状态 等进行实时检测，检测结果经处理后实时通过防爆触摸屏及相关信号灯进行显示；当控制 系统发生声光报警时，可自动记录报警事件。通过历史查询功能可以对两油缸的行程、液压 油压力、实时趋势记录、报警事件记录进行查询；从而实现对TRT机组静叶伺服系统的实时 检测保护。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。