胡曉穎

（馬鋼集團設計研究院有限責任公司，安徽 馬鞍山 243000）

煤氣加壓站的壓力控制對加壓站系統(tǒng)穩(wěn)定運行有直接影響，在加壓站的壓力自動調(diào)節(jié)方面，目前有多種實現(xiàn)方式，各有優(yōu)缺點。對于企業(yè)而言，需要同時關(guān)注于系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性以及生產(chǎn)成本，根據(jù)實際工況選擇最合適的壓力自動調(diào)節(jié)方案。

1 煤氣加壓站基本工藝流程

煤氣加壓站的公輔系統(tǒng)完善工程主要負責將管網(wǎng)焦爐煤氣加壓到其他工藝所需的壓力值，供煉鐵球團分廠等使用。加壓站壓力控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)對出口壓力的有效控制，使其穩(wěn)定在設定值上，從而使焦爐煤氣得到充分利用，幫助企業(yè)提升生產(chǎn)經(jīng)濟效益。從該煤氣加壓站的基本工藝流程來看，目前加壓站內(nèi)安裝有3臺煤氣羅茨風機，2臺為工頻電機，另1臺為變頻電機，并預留兩臺空間，方便擴建。單個羅茨風機容量為233 m3/min，其入口壓力在3～7kPa，經(jīng)過加壓后可達到55 kPa左右，傳輸至球團區(qū)域的煤氣管網(wǎng)后，連鎖停機點為60kPa。系統(tǒng)中的出口總管與煤氣管網(wǎng)連接部分安裝有回流調(diào)節(jié)閥，負責對煤氣回流輸送量進行調(diào)節(jié)，也可以對出口壓力進行調(diào)節(jié)。

2 煤氣加壓站壓力自動調(diào)節(jié)方案設計

2.1 硬件系統(tǒng)配置

在煤氣加壓站工藝流程中，加壓控制系統(tǒng)的PLC產(chǎn)品選擇高性價比的S7-400H產(chǎn)品，其主要器件均采用雙重冗余設計方式，包括中央處理器、連接硬件等。冗余CPU模塊下設置有從站ET200，每個從站有2個IM接口，利用PROFIBUS-DP線連接主機通信模塊及各個分站。在該硬件配置方案下，即使出現(xiàn)故障事件，備用器件仍可繼續(xù)使用，可以保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。系統(tǒng)變頻電機為355kW電機，電壓690V，轉(zhuǎn)速990r/min。

2.2 回流調(diào)節(jié)閥控制技術(shù)

（1）設計思路。煤氣加壓站可以利用回流調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)，但是在一些特殊情況下，僅依靠回流調(diào)節(jié)閥，難以實現(xiàn)對壓力的有效調(diào)節(jié)。一般要求單個調(diào)節(jié)閥開度范圍的最小開度比低于10%，采用兩個調(diào)節(jié)閥進行并聯(lián)設計，共同進行壓力調(diào)控，可以增加可調(diào)節(jié)范圍，保證壓力的穩(wěn)定性，同時避免調(diào)節(jié)閥使用壽命和調(diào)節(jié)穩(wěn)定性受到影響。

（2）PLC控制方案。在回流調(diào)節(jié)閥控制技術(shù)下，主要采用PLC閉環(huán)控制方案，需要通過PLC程序設計，正確理解系統(tǒng)功能模塊各參數(shù)含義，并對測量點進行符號表創(chuàng)建，與背景數(shù)據(jù)塊對應。在外部數(shù)據(jù)交換過程中，則需要做好D/A轉(zhuǎn)換，將PID輸出量轉(zhuǎn)換為整數(shù)，傳輸給模擬量輸出模塊。根據(jù)煤氣加壓站的壓力自動調(diào)節(jié)需求，如果壓力反饋值高于設定值，應自動控制調(diào)節(jié)閥的開度增加，從而減小出口壓力值，直到減小至設定值。在此過程中，誤差信號為設定值與反饋值的差值，是一個負數(shù)，若直接輸出給輸出模塊，會使其作出相反動作。因此需要對PID輸出值進行運算處理，再傳輸給調(diào)節(jié)閥，從而實現(xiàn)工藝要求。

（3）控制效果分析。在上述控制方案下，加壓站實際由兩個并聯(lián)回流調(diào)節(jié)閥負責對出口壓力進行調(diào)節(jié)，可以根據(jù)實際生產(chǎn)需求，采取不同組合調(diào)節(jié)方式，確保調(diào)節(jié)范圍符合需求，同時增加系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)閥的適合調(diào)節(jié)開度范圍為自身上下限的30%～70%，如果超出這一范圍，容易產(chǎn)生能源浪費和閥門受損問題。通過采用該控制方案，當煤氣總管的流量較大、用戶用量較小或不穩(wěn)定波動時，2個調(diào)節(jié)閥同時投入運行，增加調(diào)節(jié)范圍。

2.3 變頻調(diào)速控制技術(shù)

（1）控制原理。變頻調(diào)速控制技術(shù)主要采用變頻器對系統(tǒng)壓力進行自動調(diào)節(jié)，采用閉環(huán)控制原理。根據(jù)系統(tǒng)硬件條件，變頻器采用直接轉(zhuǎn)矩控制方式（DTC），具有較高的控制精度和運行可靠性。變頻器可調(diào)節(jié)頻率為 17～33Hz，電流為 12～20mA，轉(zhuǎn)速為 360～990r/min。PLC控制系統(tǒng)主要負責對壓力信號進行變換及處理，提供給變頻調(diào)速裝置參變量，實現(xiàn)頻率自動調(diào)節(jié)功能，根據(jù)負荷變化進行調(diào)節(jié)。

（2）通信網(wǎng)絡設計方案。在變頻調(diào)速控制方案下，首先要解決網(wǎng)路通信問題，確保PLC和變頻器之間通信可靠。選擇的通信網(wǎng)絡要能夠同時連接兩種產(chǎn)品，并保證通信過程的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)選擇的是PROFIBUS網(wǎng)絡，采用現(xiàn)場總線技術(shù)連接PCL和變頻器，可實現(xiàn)設備級控制和分散式I/O通信，保證信息交換效率。系統(tǒng)適配器模塊是連接變頻器系統(tǒng)的重要模塊，可實現(xiàn)變頻器和通信網(wǎng)絡的連接。在具備硬件通信條件后，通過硬件組態(tài)設計和通信程序設計，完成通信網(wǎng)絡組建。

（3）PLC程序設計。在PLC程序設計方面，變頻調(diào)速控制中的壓力恒定調(diào)節(jié)主要通過PLC程序功能實現(xiàn)。同時PLC程序要通過對PID功能塊參數(shù)的正確理解和調(diào)用，完成各項控制功能。其中具體包括四大程序模塊，一是團球加壓站組織塊，二是變頻風機主程序，三是輸入輸出數(shù)據(jù)運算處理模塊，四是PI調(diào)節(jié)控制模塊。在四大程序模塊的相互調(diào)用下，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、交換等功能，借助通信網(wǎng)絡實現(xiàn)各項自動控制功能。

（4）運行效果分析。從變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的控制效果來看，由于該煤氣加壓站包含1臺變頻電機和兩臺工頻電機，可根據(jù)實際生產(chǎn)需求，采取不同投運方式。如果系統(tǒng)中的煤氣需求量正常，可選擇變頻電機與工頻電機同時投運方式，且將變頻電機切入到自動運行狀態(tài)。如果系統(tǒng)中的煤氣需求量較小，則只投入變頻電機運行，其頻率調(diào)節(jié)范圍為17～33Hz，若煤氣需求量減小至變頻器頻率調(diào)節(jié)下限之下，則無法滿足壓力自動調(diào)節(jié)需求，此時需要將變頻器切入到手動運行狀態(tài)，同時啟動回流調(diào)節(jié)閥控制方案維持壓力平穩(wěn)。總體而言，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)具有較好的節(jié)能效果，與回流調(diào)節(jié)閥配合使用，可獲得較好的控制穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

煤氣加壓站選擇回流調(diào)節(jié)閥控制方案或變頻調(diào)速控制方案，均可實現(xiàn)對出口壓力的穩(wěn)定控制目標。通過對煤氣加壓站的壓力自動調(diào)節(jié)方案進行研究，可以為相關(guān)煤氣加壓站配套工程提供參考，保證壓力自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。