液壓伺服比例閥在大型高爐布料控制技改中的應用
1．無料鐘爐頂實現精確布料的原理
現代化的高爐為了最大限度的提高冶煉效率，均采用了料流調節閥加布料溜槽的控制方式來實現礦、焦在爐內的精確布料，料流調節閥和布料溜槽控制布料的原理如圖49和圖50所示。
高爐爐料（燒結礦、球團礦或焦炭等）經過槽下配料工藝后先進入到爐頂的上料斗和下料斗，在高爐接到布料指令后，其下料斗的料流調節閥首先按工藝要求開到給定的開度（即γ角），這時爐料按一定的流量經布料滾筒后流到布料溜槽上，此時布料溜槽已經按工藝要求升到一定的傾動角度（即α角），同時布料溜槽還在水平面方向上進行著勻速旋轉（即β角），這樣爐料就可均勻布到高爐料面。
從爐頂布料控制原理可以看出，只要控制好α、β、γ三個角度，就可以把爐料按任意形式布到爐內。高爐布料方式有環形布料、扇形布料和定點布料等幾種形式。最多使用的是環形布料，即一批料以不同的傾動角度布到爐內，形成以爐中心為圓心的數個圓環，使爐料均勻布在爐內。根據環形布料環數的多少還分為單環布料和多環布料，最常用的為一環到四環布料。如果冶煉過程中出現爐內料面不均勻的情況，則可以利用扇形布料或定點布料來彌補，或者爐長根據爐況需要，為改善透氣性、保護爐壁使其溫度不致過熱等原因，采用扇形或定點布料的方法來改善爐內爐料的分布狀態。
在爐頂布料控制中，下料斗料流調節閥的開度控制（即γ角的控制）是至關重要的，因為只有γ角控制精確，才能有效控制下料的料流量，進而準確控制每批料布料的厚度、環數及布料的起點和終點。
2．利用液壓伺服比例系統控制料流調節閥的可行性
采用液壓系統來驅動料流調節閥的優點是驅動力矩較大，可以使系統的動作時間大幅縮短，另外其控制也比較簡單，即使用兩個普通的液控單向閥來控制液壓缸的開度，進而達到控制角開度的目的，如圖51所示。一般大型高爐大都采用這種方式，但這種方式的缺點也很明顯：其一是普通液壓系統控制的液壓缸，其推力受系統壓力的影響比較大，容易形成沖擊，對料流閥的壽命有著一定的影響；其二也是比較重要的，就是其精度很難控制，這是因為料流閥在開到給定角度時，由于里面充滿了爐料，必須要求一次到位而不能反復調節，而普通的液壓系統是不能滿足這種要求的。而利用液壓缸一次定位的精度誤差又比較大，一般在1.5°～2.0°，有時竟達到2.5°～3.5°。這樣的精度在高爐布大粒度料（例如20mm以上的燒結礦或焦炭）時可能影響不是太嚴重，但是在需要布小粒度料的時候，尤其是小于5mm的碎礦或碎焦時，就很難控制甚至無法控制了。
在大型高爐上，充分利用液壓系統推力大、動作速度快的特點，又能最大限度消除系統壓力變化對推力的影響，減小對機械系統的沖擊，同時把控制精度大幅提高，這是理想狀態。
基于以上思路，某公司在一煉鐵廠1號1750m3高爐上采用了液壓伺服比例控制系統來代替原先的普通液壓系統控制料流調節閥，獲得了較好的效果。
3．伺服比例系統控制料流調節閥的原理
(1)液壓伺服比例系統控料流閥的原理圖如圖53所示。伺服比例閥通過自帶的集成放大器，可以連續調節伺服比例閥的開度，這是與普通液控單向閥的最大不同。由于伺服比例閥的開度連續可調，因此供給液壓缸油的流量也是連續可調，這樣就實現了對液壓缸的速度、推力的連續調節和控制。
(2)電氣控制系統，采用了施耐德公司的QUANTUM系列PLC控制系統，負責
采集爐頂料流調節閥的實際開度返回值（由自整角機或光電編碼器檢測轉換成實際角度），接收爐頂控制系統發出的γ角開度大小和動作指令。在經過分析處理后，把開度指令轉換成4～20mA的電信號發給伺服比例閥的集成放大器，用來控制伺服比例閥的開度。為了使系統既能有較大的推力和快速性，又能夠達到較理想的準確度，在控制方式上采用了PID開環控制和PID閉環控制相結合的方法，其控制流程如圖53所示。
PID調節的全稱是比例積分微分控制調節器。PLC控制系統首先檢測γ角的給定值和實際返回值，并計算出它們的差值δ，當引直大于某個角度（比如2°），
這時給定伺服比例閥較大的開度值，使液壓缸高速大推力運行；當δ值小于某個角度，即γ角接近給定值時，系統自動進入PID調節控制狀態，即隨著8值的減小，控制系統給定伺服比例閥的開度值也按比例減小，直至為零。當料流調節閥到達給定位置后（角的給定值與實際返回值之差＜0.1°），起動液壓鎖（電磁球閥動作，使得液控單向閥動作，切斷液壓缸進油和出油回路），使液壓缸定位。這樣使液壓缸推動料流調節閥既能快速到位，叉能減小對設備的機械沖擊，并保證較高的精度。
液壓伺服比例系統本身具有較高的放大系數，另外還有機械系統固有頻率的影響。因此，如果PID調節的各項參數（如比例、微分、積分系數、延時時間、偏移量等）調整不好，系統極易產生振蕩，所以各項PID參數的設置需要反復試驗，以達到最好的效果。
4．實際應用及效果
一煉鐵廠1號1750m3高爐是某公司第一座大型高爐，原來的爐頂料流調節閥采用的是普通液壓缸控制，γ角精度較低，誤差最大時達到2.8°，而且在料流調節閥全開和全關時機械沖擊較大。為了解決這一問題，對料流調節閥的控制系統進行了改造，依照上述原理及方法，新加了一套液壓伺服比例控制系統，伺服比例閥選用BOSCH-REXROTH公司的高頻響伺服比例閥，電氣控制系統采用了QUANTUM系列的CPU53414，經過改造后，實際效果非常理想。角的精度達到了0.1°，全行程動作時間小于4s，系統在整個行程動作平穩，不再產生較大的機械沖擊。