高爐鼓風(fēng)機自動控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用

徐震 朱建會

（萊蕪鋼鐵集團自動化部，萊蕪 271104）

前言

高爐鼓風(fēng)機是高爐最重要的動力設(shè)備。它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動力。近年來使用大容量同步電動鼓風(fēng)機。這種鼓風(fēng)機耗電雖多，但啟動方便，易于維修，投資較少。鼓風(fēng)機的運行狀態(tài)與企業(yè)的產(chǎn)量、效益、安全息息相關(guān)。鼓風(fēng)機的自動控制及保護功能的控制效果在很大程度上決定了能否充分發(fā)揮鼓風(fēng)機的潛能。5＃高爐鼓風(fēng)機自動控制系統(tǒng)采用的是ABB公司的AC800F控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)融傳統(tǒng)的DCS和PLC優(yōu)點于一體并支持多種國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。它既具備DCS的復(fù)雜模擬回路調(diào)節(jié)能力、友好的人機界面(HMI)及方便的工程軟件，同時又具有與高檔PLC指標(biāo)相當(dāng)?shù)母咚龠壿嫼晚樞蚩刂菩阅堋?/p>

本文研究并開發(fā)了高爐鼓風(fēng)機自動控制系統(tǒng)，經(jīng)過長時間運行實踐，表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，為企業(yè)創(chuàng)造了良好效益。

1 設(shè)備組成

鼓風(fēng)機機組由汽輪機系統(tǒng)、風(fēng)機系統(tǒng)和油系統(tǒng)等部分組成。

1.1 汽輪機系統(tǒng)

從蒸汽母管來的蒸汽經(jīng)自動主汽門、調(diào)速汽門后進入汽缸，使汽輪機高速旋轉(zhuǎn)。做功后的乏汽被冷凝成凝結(jié)水回到鍋爐中，完成由汽到水的轉(zhuǎn)化，完成了熱力循環(huán)。

1.2 風(fēng)機系統(tǒng)

風(fēng)機轉(zhuǎn)子由汽輪機帶動同步轉(zhuǎn)動，空氣經(jīng)空氣過濾器過濾后進入風(fēng)機中，風(fēng)機對空氣做功進行壓縮，為高爐提供符合工藝要求的冷風(fēng)；保證供風(fēng)的穩(wěn)定。

1.3 油系統(tǒng)

油系統(tǒng)包括兩大部分，動力油系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)。它們由各自的油站和油路組成。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成：底層是基于PROFIBUS-DP的現(xiàn)場級設(shè)備層控制系統(tǒng)；上一層是工業(yè)以太網(wǎng)?？刂破髋渲贸呻p機熱備及冗余通信模式，即為系統(tǒng)配置了兩套控制器，平時正常運行時，一套處于運行狀態(tài)，另一套處于熱備狀態(tài)，一旦主控制器故障，則備用控制器能立刻投入運行，絲毫不影響系統(tǒng)的正常運行；為每套控制器也配置了兩套現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，均處于工作狀態(tài)，一旦其中的一條網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，則另一條網(wǎng)絡(luò)仍然能保證系統(tǒng)運行，絲毫不影響系統(tǒng)的正常運行，提高了整個系統(tǒng)的可靠性?，F(xiàn)場采集的信號從站的I/O模板，在I/O模板中進行A/D轉(zhuǎn)換后，通過PROFIBUS總線送到控制器里，控制器根據(jù)編制的程序?qū)π盘栠M行處理，并且將處理后的數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)送到工程師/操作員站的監(jiān)控畫面上進行參數(shù)顯示；操作員在監(jiān)控畫面上啟停設(shè)備或調(diào)節(jié)閥門，這些數(shù)據(jù)就通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)送到控制器里，控制器根據(jù)程序處理后，將其通過Profibus總線送到從站，從站摸板進行D/A轉(zhuǎn)換后控制現(xiàn)場設(shè)備。

3 控制功能

3.1 儀控功能

主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、顯示，并對一些重要參數(shù)進行PID調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)回路有兩種工作方式：自動模式和手動模式。

3.2 防喘控制

當(dāng)鼓風(fēng)機送風(fēng)量減小，出口壓力升高時，鼓風(fēng)機就容易出現(xiàn)喘振。根據(jù)工藝要求，采用了模擬加數(shù)字的控制方法，在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，常規(guī)PID調(diào)節(jié)起作用，在緊急情況下，數(shù)字調(diào)節(jié)起作用，使風(fēng)機的防喘閥迅速打開，解除緊急情況，調(diào)節(jié)框圖如下：

3.3 安全運行閉環(huán)控制

在機組運行過程中，當(dāng)進風(fēng)溫度高或由于出現(xiàn)逆流信號或手動轉(zhuǎn)入安全運行指令時，機組就自動進入安全運行，此時，防喘閥應(yīng)全開，如果此時防喘閥出現(xiàn)故障，打不開，則會使機組進入喘振工況，并最終導(dǎo)致機組損壞，為了保護機組的安全，我們在此處采用了閉環(huán)控制，控制方法：當(dāng)進入安全運行狀態(tài)后3秒，若防喘閥接近開關(guān)位置反饋信號和常規(guī)位置反饋信號都沒有檢測到全開，則報警儀上出現(xiàn)聲光報警“防喘閥故障”，并立即停機。

3.4 電氣設(shè)備切換

由于電氣設(shè)計及電氣元件的問題，在系統(tǒng)調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)設(shè)備控制由自動轉(zhuǎn)換到手動后，無法用手動按鈕停止設(shè)備，造成在緊急情況下，無法在現(xiàn)場立即停止設(shè)備，針對這個問題，我們在程序中采用了電氣延時技術(shù)，保證在切換到手動后，控制系統(tǒng)輸出的信號保持一定的時間，保證電氣設(shè)備無擾切換，提高了系統(tǒng)的可操作性。

3.5 盤車控制

盤車控制既可以在監(jiān)控站進行又可以在現(xiàn)場操作的方式。在自動方式下，由操作人員在監(jiān)控站進行盤車操作；在手動方式下，由操作人員在現(xiàn)場進行盤車操作。由于此設(shè)備的盤車裝置控制要求比較特殊，盤車電磁閥不是連續(xù)得電工作，而是通12秒斷15秒，如此循環(huán)往復(fù)，因此在設(shè)計手動操作回路時，設(shè)計了電氣時間繼電控制回路，保證了循環(huán)時間的實現(xiàn)。

3.6 逆流判斷和保護

對逆流判斷采用了三個喉差開關(guān)三選二的方式，控制測策略為若機組正常運行過程中，檢測到三個喉部壓差開關(guān)中有兩個同時低于報警設(shè)定值，則說明發(fā)生了逆流，機組立即轉(zhuǎn)入逆流保護,若只有一個喉差開關(guān)檢測到低于設(shè)定值，則系統(tǒng)正常運行，操作人員可對出現(xiàn)問題的信號進行適當(dāng)?shù)臋z查，看是由于什么原因造成信號偏高，既保護了機組又防止了誤停機的發(fā)生。

結(jié)語

本文介紹了高爐鼓風(fēng)機的設(shè)備組成和特點，研究并開發(fā)了高爐鼓風(fēng)機自動控制系統(tǒng)。成功開發(fā)了儀控功能、防喘控制、安全運行閉環(huán)控制、安全運行閉環(huán)控制、電氣設(shè)備切換、盤車控制、逆流判斷和保護等功能。經(jīng)過長時間運行實踐，表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)的順利進行，為企業(yè)創(chuàng)造了良好效益。

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