大高炉AV80-15电动轴流风机控制系统.pdf

自动化与仪器仪表 Z I D O N G H U A YU Y I Q I Y I B I A O 2 0 0 4 年第 2 期 总第 1 1 2 期 文章编号 1 0 0 1 9 2 2 7 [ 2 0 0 4 0 2 0 0 3 7 一o 4 大高炉 A V 8 01 5电动轴流风机控 制 系统 中图分类号,, T P 2 3 周小力 涟钢集团热电厂 0 前言 A V 8 0 1 5电动轴流风机是为 2 2 0 0 m 3 高炉配套设 备， 主体设备是 M A N公司的静叶可调式轴流压缩机、 R E N K公司的增速箱、 西门子公司的同步电机 ， 控制系 统选用 S 皿 N S 公司生产的 眦及传动设备。 仪控部分主要由S I F I E N S s 7 4 0 0 4 1 7 H冗余系统 组成， 采用 E T 2 0 0 下挂 s 7 3 0 0扩展的方式。实现鼓风 机部分参数的测量， 静叶控制以及与各系统数据通讯； T u r b o lo g D S P防喘振控制器， 负责风机防喘振控制， 防 喘阀选用 fi s h e r 公司的气关式 阀； 本特利 B e n d y 3 5 0 0振 动测量装置负责电机、 齿轮箱、 鼓风机振动、 轴位移参 数的测量， 并将信号通过 M o d b u s 4 2 2以及 I ／ O硬接线 方式送 研 一 4 O O 。 电控部分主要 由 S I E M E N S S 7 3 0 0 ’ 3 1 5 一D P系统 组成 ， 带 C P 3 4 1 通讯卡， 通过 C P 3 4 1 与 s 7 4 0 0 通讯 ， 其 他的采用 P r o fi b u s D P与 S I M A D Y N D电机闭环控 制 器 、 S I b l O T R A S l i D 龟 机励磁控制装置通讯 ， 负责主电机 轴瓦温度、 定子线圈温度、 漏油检测等主电机参数的测 量以及 1 0 k V油开关切换操作及反馈； S I M A D Y N D负责 升压变、 降压变等相关参数的检测， 变频电机软启动， 开环闭环控制， 同步信号发出； S I MO T R A S l i D励磁系统 负责电机励磁控制。 l 系统组成 1 ． 1 仪控部分 1 ． 1 ． 1 S I E ME N S s 74 0 0系统 1 主要检测内容 A ． 润滑油系统检测 ； B ． 动力油系统检测； c ． 进风， 出风、 气动阀工作气源的系统检测； D ． 各类阀门、 电机状态及高炉联络信号的显示； E ． 风机本体系统参数检测； F ． 冷却水系统参数检测； G． 3 5 k V开关柜工作状态和工作电压、 电流检测； 胡正平 湖南涟源， 4 1 7 1 0 0 文献标识码 B H． 系统间的联络信号。 2 控制项 目 A ． 鼓风机静叶控制； B ． 油泵启、 停及联锁； C ． 顶升油泵， 盘车油泵联锁 ； D ． 风机启动条件及停机联锁； E ． 送风阀、 隔离阀开合及联锁。 3 D C S系统的构成 如表 1 。 表 1 名称 数量 订贷号 P E S T 控制站 1 个 6 1 7 6 [ I l I ∞Q ∞ 模拟量输入模件 4块 6 】 s 7 3 3 l 7 l佃O 热电阻输入模件 2 块 6 3 3 l 7 P F O l 0 J 忸O 热拟量输出模件 1 块 6 】 玛7 3 3 2 5 啪l 0 J 忸O 数字量输入模件 7 块 。6 l S 7 3 2 l 7 B 】 嘲O O A B O 数字量输出模件 4 块 6 l 7 3 2 2 l B ml 0 h A 0 E【 2 0 o 3 块 6 E S 7 1 5 3 2 A R 0 0 0 X A 0 通讯卡 2 块 6 E S 7 3 4 l l 母0 l O A l j D O S M交换机 l 块 K l 加 A 0 0 W _ ． S 7 相关软件 W i I l o c s t e p 7 4 主要应用 静叶控制系统以定流量控制为例， 控制逻辑如图 1 所示 ‘ 1 ． 1 ． 2 B e n fl y 3 5 0 0检测系统 1 硬件结构如表 2 表 2 名称 型号规格 点数 数量 机架 3 5 0 o ／ 5 o O L o o 1 块 电源 3 5 0 0 ／ 4 0 0 1 一 ∞ 2 点 4块 接 口模件 3 5 0 o ／ 2 O 一 0 l 一 0 l 一 0 0 l 块 通讯网关模件 3 5 0 O ／ 9 2 0 2 0 l 一0 o l 块 速度模件 3 5 0 0 ／ 5 0 一 O l 一 0 0 2 点 l 块 轴振动模件 3 5 0 0 ／ 4 0 0 1 0 o 4 点 4 块 温度模件 3 5 0 0 ／ 6 0 - 0 1 0 0 6 点 2 块 I ／ O 继电器模件 3 5 0 0 ／ 3 2 0 i 一 0 0 4 点 1 块 2 检测点分布 - 锺 { l 薹 3 虿 ； 维普资讯 图 1 控制逻辑 图 a 主电机轴振动 4 点 b 齿轮箱轴振动 4点 c 压缩机轴振动 4点 d 齿轮箱， 压缩机位移 2点 e 齿轮箱轴瓦温检测 6点 f 压缩机轴瓦温检测 4点 g 压缩机转速测量 l 点 h 压缩机转速 4 2 0 m A输出 l 点 i 轴振动、 位移、 温度报警开关量输出 3点 j 轴位移过大联锁停机开关量输出 l 点 1 ． 1 ． 3 T u r b o l o g D S P防喘振控制器 包含以下两个部分 a 1 个 l 9 槽机架3 H E ／ 8 4 T E b 1 个 C o m p a c t／ M 3 ， 它 由运算速率 5 0 M H z的 A r - c n e t 控制器、 电源卡以及数据采集输出卡组成。 具备如下 I ／ O能力 A I 模拟量输入 A O 模拟量输出 D I 数字量输入 D O 数字量输出 4 0 2 0 m A 8 点 l 块 4 0 2 0 m A 4 点 1 块 隔离 8 点 l 块 隔离 8 点 l 块 有如下参数时人防喘振控制器参与了防喘振控制 表 3 所有数字量输入、 输出都能在 T u r b o lo g D S P面板对 应位置的发光二极管上观察到工作状态。对应位置如 表 4所示。 3 R 袭 3 类型 规格 名称 来源 进气温度 D C s 隔离器 I 防喘阀位置反馈 D 隔离器 喉差 进风流j 1 ‘ D 隔离器 A I 4 ． 2 0 m A 排气压力 D 【 隔离器 排气温度 现场 2 防喘阕位置反馈 D 【 隔离器 I 防喘振控制输出 D 隔离器 A0 42 0 m A 2 防喘振控制输出 D 隔离器 释放防喘阀上的电磁阀 来 自D E S D I 隔离 手动操作防喘阀开 来 自D E S 手动操作防喘阀关 来 自D E S 到达安全线 送 D c s D 0 隔离 传感器失效 送 D c s 看门狗 表 4 I 释放防喘阀上的 2 手动操作防 3 手动操作防 I N 电磁阀 喘阀开 嗤阀关 0 U T I 到达安全线 2 传感器失效 8 看门狗 1 ． 2 传 动部分 ， l ， 2 ． 1 S 砸 s 7 3 0 0系统 1 主要检测内容 A 、 电机定子线圈温度检测； B 、 柜内各开关状态检测， 温度检测； C 、 S l l 、 S 1 2 开关检测； D、 1 0 k V的B B 、 O B 、 I I 3 传动机构位置反馈； E 、 主电机相关参数检测 ； F 、 1 0 k V的 B B 、 O B 、 I I 3 各开关反馈； G、 励磁相关参数检测； H 、 系统间的联络信号。 2 控制项目 A 、 主接触器操作； B 、 S I MO T R A S 操作 ； c 、 加热器启动； D 、 紧急停机复位； E 、 1 0 k V的 B B 、 O B 、 I ] 3 操作； F 、 主电机状态信号送出 送 D C S ； G、 报警送出。 3 s 7 3 0 0系统构成如表 5 所示 ‘ 1 ． 2 ． 2 S I M A D Y N D全数字式电机闭环 控制器及编码 器装置 1 S I M A D Y N D控制器 S I M A D Y N D控制器成功地用于国内外多套大型可 控硅交、 直流调速系统。控制器由机箱和模件组成。 用 户可根据不同的控制要求灵活选定相应的模件来构成 相应的控制系统。开发软件 I 7 一s ／ s为 S f E P 7 ， C F ℃， 维普资讯 表 5 名称 规格 数量 C P U控制卡 a P I J 3 l 5 2 D P l 数字量输入模件 D B 2 *D 2 数字量输出模件 D 0 8 * R e l a y 3 模拟量输入模件 A I 8 *1 2 b i t 2 通讯卡 C P 3 4 1 一R S 4 2 2 ／ 4 8 5 l 操作员终端 0 P l 7 l 组态软件 S H r I 1 O 0 L S F C的扩展组态软件 ， 可提供大量而丰富的功能块 ， 用 以完成 I／ O检测、 逻辑控制、 数字运算、 开／ 闭环调节、 系统诊断等功能， 早期的组态软件为 S T R U C G ， 运行在 S C O U N IX环境下。 a ． 机架 机架是 S I M A D Y N D的硬件基础， 用于插装各种模 板， 提供 L和 C两个内部通讯总线 六槽以下只提供 L 内部通讯总线 ， 以实现模板之 间的内部通讯 ， 机架可 向模件供电， 共有六槽 、 十二槽 、 二 十四槽三种机架可 供选择。本系统采用一套 S R 2 4 ． 2 二十四槽机架。 b ． 处理器板 C P U 处理器板是 S I M A D Y N D中最重要的硬件 ， 用于全 部系统软件及应用软件的存储和运算， 依据处理器板 所使用的微处理器的不 同， 处理器板可分为三大类 ． 即 6 4 、 3 2 、 l 6位处理 器板。 目前 ， 6 4位处理器 板 主要有 P M 6 ， 3 2 位处理器板主要有 P M 5 ， 1 6位处理器板主要有 P M1 6 ， 在一个机箱中， 只要插槽位置足够使用， 最多可 同时插入 8 块处理器板， 3 2位处理器板可与 l 6 位处理 器板在同一机箱 内混合使用 ， 每一种处理器板 自带接 口， 可选装输入板卡。 本系统机箱 内插 P M1 6 C P U两块 ， 该 C P U为 l 6位 处理器板， 可完成开／ 闭环控制、 各种运算， 与功率单元 连接构成可控硅控制系统， 内存容量 1 2 8 K R A M， 用于 存放实时数据， 可插 M S 4 1 5 1 2 K E P R O M存储器子模块， 用于存放用户程序； 板上带有 R S一4 8 5串行接口； 有与 外围连接的 I ／ O接 口， 可接数字量输 入／ 输 出、 模拟量 输入／ 输出和脉冲译码信号， 板上带有复位按钮。 c ． 输入 出板 输入输出板用于过程信号及监测信号的输入或输 出， 与外部的继电器和执行机构等相连， 目前， 主要的 输入输出板有 E M1 I 、 E A I 2 、 E B I I 、 IT 4 1 及 r r D c可供选 用。本系统选用 E AI 2 模拟量输 出模 板二块 ， E B I I 数 字量输入／ 输出模板一块。 d ． 通讯板 通讯板用 于 S I M A D Y N D与其它设备或系统 的通 讯， 以及其它S I M A D Y N D系统之间的通讯， 通讯协议有 U S S 、 S I N E C UD K L 2一F M S及 S I N E C H I 。S I MA D Y N D 在上述通讯网中既可作为主站， 又可作为从站使用， 目 前主要的通讯板有 C S 1 2 、 C S 1 3 、 C S 1 4 、 C s 2 2 、 ’c s H 1 1 及 C S 7 可供选用， 如使用 C S 7 通讯板， 一定要附加通讯子 板， 目前 共有三种子板可供选用 S s 4 、 8 5 、 S 8 5 2 0 ， 本系 统选用 C S 7 通讯处理板， C S 7 通讯板内装 5 8 4 通讯子板 三块； 两块 S s 4 通讯子板用于连接 O P l 操作面板、 S 7 3 0 0 ， 另一块接编程器。 e ． O P 1 操作面板 自带 8 0 3 1 微处理器， 6 4 k R A M； X 2 串口T I ．Y协议； X 3 ． ／ k 路数字量输入； X 4 八路数字量输出。用于观察 系统运行参数， 设置系统的时间， 选择操作方法。 f ． D 7 一 S Y S软件 19 7 一S Y S为 S I E F T ／ C F C ／ S F C的扩展组态软件， 可 提供大量而丰富的功能块， 用以完成 I ／ O检测、 逻辑控 制、 数字运算、 开／ 闭环调节、 系统诊断等功能， 用于 T 4 0 0 、 F M 4 5 8 、 S I M A D Y N D 、 S I M 肌 C T D C组态控制和控 制任务。 2 S I MA D Y N D交 一交变频主传动控制系统硬 件配置如表 6 所示。 表 6 名称 型号 数量 处理器模块 P Ml 6 4 缓冲内存 1 矢量变换 P S l 6 2 触发模块 1 S 1 2 l 直流处理单元 P C l 6 2 通讯模块 C S 7 l 模出模块 E A 1 2 1 1 0模板 E l 旺 I l 2 操作员终端 O P l 1 3 编码器装置 S IMO V E N R T 是主电机驱动装置的编码器模件， 用运动控制， 测量 值编码器模件和脉冲编码器， 采用的调试软件为 S I M O ． V IS V 5 x x ， 整套装置是变频调速系统的一个有机部分。 1 ． 2 ． 3 S I IⅥ l r R A S H D励磁控制系统 S I M O T R A S l i d是西 门子的电机滑环速度控制器 、 定子相位角控制器或电子相位反相装置。 本系统用于同步电机励磁调节， 操作成板 O P 1 S 。 2 系统间的网络结构和信息流 通过网络可以将分散的带通讯协议的设备连接起 来， 以实现设备之间的数据交换、 在 A V 8 0 1 5轴流风 机中使用 了 In d u s t r y E th e r n e t 、 P r o fi b u s D P 、 M P I 、 M o d b u s R S 4 2 2 D U S T通讯协议把各设备连接起来， 实现了绝大 多数现场数据的集中显示， 统一操作、 调度等功能。如 图 2 所示。 维普资讯 在网络线段上标注了通讯协议、 主从关系和信息流方 向， 单向的只有读取功能， 双向的有读写功能。 3 系统间的 I ／ O信号流 I ／ O信号流如图 3 所示 图 3 1 B e n tl y 3 5 0 0 送 s 7 4 0 0 的信号 a 压缩机转速R e a l 4 2 0 m A b 齿轮臬、 压缩机轴瓦温度高1 3 0 0 1 报警 c 轴振动高B o o l 报警 d 轴位移大B o o l 报警 e 轴位移大大B o o l 停机 2 S 7 4 O 0 送 s 7 3 0 0的信号 a 主电机启动／ 停止1 3 o o 1 启动闭合 b 准备启动1 3 0 0 1 c 直接启动模式B o o l 3 s 7 3 0 0送 S 7 4 O 0的信号 a 主电机失步 ， 正在同步操作 b 主电机准备启动 c 主电机加载 d 主电机报警 e 主电机跳闸 4 s 7 3 O O 与 7 U M6 2 、 S I M O T R A S H D的联系 a 电机保护跳闸输入 b 电机保护跳闸接触器动作输入 c s Ⅱ 启动输出 4 0 图 2 d 控制系统功能 5 7 U M 6 2 是电机的保护装置， 它具备下列保护 功能 a 电机差动保护 b 定子接地保护 c 过电压保护 d 低电压保护 e 过载保护 f 过流 一延时保护 g 逆功率保护 h 三相电流不平衡保护 4 实 时监控 实时集中监控在 0 S l 、 O S 2 上完成．， C P l 6 l 3 网卡， 工 业以太 网接进 的方式， 采用 WI N C C上位机软件， 在 Wi n d 0 w s I 环境下运行。传动部分的部分实时监控数 据在 O S 1 、 O S 2 上可以看到， 因 S I M A D Y N D传输的是一 个合成的信号， 故要了解更详细的数据还需在各 自的 操作员终端上看， 它们分别是 O P 1 7 、 O P I 、 O P 1 S 。 实时监控有 以下画面 3 5 k V进线柜状态、 主电机参数、 轴系、 压缩机等工 艺流程画面 机组启动、 防喘控制、 静叶控制生产过程控制画面 报表一览运行参数显示 轴系、 防喘控制、 静叶控制等主要参数的历史趋势 报警画面、 报表生成及打印 5 结束语 该项 目目前在 国内是较大的。虽然现 已运行 ， 但 从设备安装调试到投运， 短短一个月， 已连续发生了两 次停机事故。其中， 一次拒绝启动的故障。分析原因 有设备、 安装、 设计及维护人员对设备不够熟悉等因 素。值得其它工程项目借鉴。 维普资讯