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1引言

萊鋼熱電廠2#風機是德國GHH公司1975年設計制造的產(chǎn)品，由于煉鐵工藝的改進，對高爐供風的安全性、穩(wěn)定性等都發(fā)生了變化，原先采用的常規(guī)儀表電氣控制已不能滿足工藝的要求，尤其是在防喘調(diào)節(jié)上。為此2002年對2#風機進行了計算機控制系統(tǒng)的技術攻關改造。這次改造采用的是ABB公司的DIGIMATIK系列Freelance系統(tǒng)，完成生產(chǎn)工藝顯示、數(shù)據(jù)的處理顯示、工藝設備控制、PID回路的自動調(diào)節(jié)、故障報警和報表打印等功能。經(jīng)過半年多的運行，整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，大大提高了機組的自動化水平。

2系統(tǒng)硬件

2.1硬件選型

根據(jù)工藝要求，系統(tǒng)點數(shù)如附表所示。

該控制系統(tǒng)的總點數(shù)為136點。

2.2系統(tǒng)硬件配置

本控制系統(tǒng)由1個過程站、2個工程師/操作員站組成，配置圖如圖1所示。

各個站之間的數(shù)據(jù)交換是這樣實現(xiàn)的:

現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過信號線送到DCS的模塊，模塊進行轉換后，直接或通過DiginetP送到處理器里，處理器就根據(jù)編制的程序?qū)π盘栠M行處理，并且將數(shù)據(jù)通過DiginetS送到工程師/操作員站上進行顯示，操作員在監(jiān)控畫面上啟停設備或調(diào)節(jié)閥門，這些數(shù)據(jù)就通過送到處理器里，處理器根據(jù)程序處理后，將其直接或通過DiginetP送到輸出模塊，控制現(xiàn)場設備。

過程站采用了處理器和電源冗余，即為系統(tǒng)配置了2塊處理器，平時正常運行時，一個處于運行狀態(tài)，一個處于熱備狀態(tài)。

過程控制網(wǎng)絡DiginetS也采用了冗余配置。通過2個集線器HUB，操作站和工程師站上的各2個以太網(wǎng)卡及4條雙絞線構成兩個互為冗余的以太網(wǎng)絡。只要4條雙絞線中的任何一條能夠保證工作正常，就可以保證整個系統(tǒng)的正常運行。這樣就可以大大提高系統(tǒng)的安全性。

打印機用于打印報表。

3軟件編制

Freelance2000系統(tǒng)是一個緊湊型的計算機系統(tǒng)，它將DCS技術和PLC技術集于一身，既可以進行復雜的儀控，又可以進行常規(guī)的電氣控制。

編制的步驟:

(1)項目樹組態(tài)

組態(tài)整個項目樹所管理的PS(過程站)、OS(操作站)，即整個系統(tǒng)所配置的過程站和操作站，并組態(tài)好每個過程站的程序結構，每個操作站的畫面監(jiān)控結構

(2)系統(tǒng)組態(tài)

組態(tài)整個系統(tǒng)所連的PS、OS，并為過程站配置I/O模塊，對模塊的每一個通道的信號進行組態(tài)。

(3)網(wǎng)絡組態(tài)

為DigiNetS上所連的所有節(jié)點進行組態(tài)，配置其IP地址、ID地址。

(4)程序編制

即根據(jù)工藝要求進行編程實現(xiàn)工藝提出的控制功能。

(5)畫面的編制

根據(jù)工藝要求，編制工藝流程畫面、設備啟停畫面、歷史趨勢畫面、工藝參數(shù)顯示畫面、閥門操作畫面等，使操作人員可以通過畫面監(jiān)視整個生產(chǎn)過程，啟停設備、監(jiān)視參數(shù)、調(diào)節(jié)閥門，觀察趨勢，查詢歷史記錄。

(6)報表打印實現(xiàn)隨時打印報表。

4控制功能

4.1過程參數(shù)的調(diào)節(jié)

生產(chǎn)過程中重要的熱工參數(shù)均能隨時進行調(diào)節(jié)，進行了PID回路控制，使之維持在設定值左右，所有的PID回路都可以進行PV跟蹤，無擾動切換。

調(diào)節(jié)回路有3種工作方式:自動，半自動，手動

(1)冷凝器液位自動調(diào)節(jié)

通過調(diào)節(jié)出口調(diào)節(jié)閥和再循環(huán)閥來控制冷凝器液位，用1個PID回路控制2個閥門，PID的輸出直接控制再循環(huán)閥，PID的輸出經(jīng)取反后控制出口調(diào)節(jié)閥，控制框圖見圖2。

(2)防喘振控制

當鼓風機送風量減小，出口壓力升高時，鼓風機就容易出現(xiàn)喘振。

在不同的轉速下，造成喘振的喉部差壓和排氣壓力不同，根據(jù)不同轉速下造成喘振的喉部差壓、排氣壓力可繪制出喘振曲線;根據(jù)不同的轉速下，在不同的喉部差壓、排氣壓力下，防喘閥動作的情況，可繪制出防喘線，如圖3所示。鼓風機正常工作時，其工作點是在防喘線以下運行的，若越過防喘線則防喘閥就動作，進行放風，以防喘振的出現(xiàn)。圖3中,A:喘振曲線;B:防喘線;C:轉速最小時的特性曲線;D:轉速最大時的特性曲線;P:工況運行點。

我們根據(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，使風機的防喘閥迅速打開，解除緊急情況，調(diào)節(jié)框圖見圖4。

其中:SP—根據(jù)風機喉部差壓及風機進氣溫度來計算

PV—風機排氣壓力

當PV-SP＞2，則系統(tǒng)就會發(fā)喘振預報，提醒操作人員注意。采用此種控制方法后，大大提高了機組的穩(wěn)定性，降低了故障率。

4.2電氣控制

主要控制設備有汽機、風機、防喘閥、盤車電機、盤車油壓電磁閥、冷凝液泵、潤滑油泵等?？梢詫崿F(xiàn)這些設備的自動啟停、故障報警以及緊急停機等功能，并對一些參加連鎖的重要信號采取了冗余技術，進行了閉環(huán)控制。風機進氣溫度是否正常，可用于判斷逆流是否發(fā)生，因此在風機進氣管路上安裝了2個溫度控制器，采取了3取2的控制方法。流程圖如圖5所示。

4.3流量計算

可以實現(xiàn)風機吸入流量和汽機新汽流量的計算及累計，分別累計8小時、24小時、30天的數(shù)據(jù)，并顯示累計量的起始時間。計算公式如下:

4.4監(jiān)控功能

工藝流程畫面5幅，包括風機監(jiān)測，汽機疏水系統(tǒng)，汽機控制系統(tǒng)，軸系監(jiān)測系統(tǒng)，油系統(tǒng);

歷史趨勢畫面24幅，共計可以對138個數(shù)據(jù)進行歷史分析，數(shù)據(jù)可以保存7天;

設備聯(lián)鎖畫面2幅，包括啟動聯(lián)鎖和停機聯(lián)鎖;

閥門操作畫面2幅，包括2個PID調(diào)節(jié)回路;

報警畫面1幅，重要的報警信號都包括在內(nèi);

參數(shù)顯示畫面1幅，顯示一些重要參數(shù)的值;

防喘監(jiān)視畫面1幅，用于監(jiān)視工況運行情況;

通過這些畫面，操作人員可以在主控室對各個工藝參數(shù)進行調(diào)節(jié)、啟停設備，處理報警，分析參數(shù)趨勢，查看歷史記錄。

4.5報表打印功能

可以根據(jù)需要隨時打印報表。

5本系統(tǒng)的技術特色

(1)整個系統(tǒng)采用了處理器冗余、電源冗余，系統(tǒng)的可靠性大大提高。

(2)對于風機的防喘振控制，采用了模擬加數(shù)字調(diào)節(jié)的方法，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，使風機的防喘閥迅速打開，解除緊急情況，使風機的喘振控制達到最優(yōu)化，且反應迅速，保護整個機組的安全。

(3)對于參加停機聯(lián)鎖的重要信號，采取了冗余技術，如進風溫度控制采用了3取2的控制方法;防喘閥故障停機采取了雙信號控制等，既使機組安全運行，又有效防止了誤停機的發(fā)生。

(4)機組安全運行、逆流保護實現(xiàn)了閉環(huán)控制，既保護了機組又使機組穩(wěn)定安全運行。

6結論

Freelance2000自動控制系統(tǒng)在風機上的成功應用，較好的實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝設備的自動啟停控制及電器連鎖保護、數(shù)據(jù)的自動采集和處理、工藝畫面顯示、受控指標超限報警、設備故障報警、回路調(diào)節(jié)和報表打印功能。性能穩(wěn)定可靠，操作維護方便，在降低能耗、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、保護環(huán)境方面發(fā)揮了較大作用。

參考文獻

[1]陳汝全.實用微機控制技術[M].成都:電子科技大學出版社，2000.