高炉轴流风机的冗余自动控制系统.pdf

3 6 重 型 机 械 高炉轴流风机的冗余 自动控制系统 王 军 ，刘 鹏 1 ．陕西龙钢集团炼铁厂，陕西韩城7 1 5 4 0 5 ；2 ．天津赛瑞机器设备有限公司，天津3 0 0 3 0 1 摘要介绍了龙钢集团炼铁轴流风机的控制系统实施方案，以及实施过程中的一些改进和完 善，该系统实现了对风机的高可靠性冗余控制，控制系统运行稳定可靠，达到了预期效果，保证了高 炉的J l 1] 达产达效。 关键词可靠性；冗余；控制系统 中图分类号T P 1 1 文献标识码A 文章编号 1 0 0 11 9 6 X 2 0 1 1 0 5 0 0 3 6 0 3 Re du nd a nc y a u t o ma t i c c o nt r o l s y s t e m o f t he bl a s t f u r na c e a x i a l flo w b l o we r WANG J u n ，L I U P e n g 1 ．S h a a n x i L o n g m e n s t e e l ＆ i r o n g r o u p I r o n Wo r k s ， H a n c h e n g 7 1 5 4 0 5 ，C h i n a ； 2 ．T i a n j i n S E R I M a c h i n e r y E g u i p m e n t C o r p o r a t i o n L i mi t e d I n c ． ，T i a n j i n 3 0 0 3 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t I n t r o d u c t i o n t h e a x i a l fl o w b l o we r c o n t r o l s y s t e m i mp l e me n t a t i o n p l a n a n d i mp l e me n t a t i o n p r o c e s s s o me i mp r o v i n g a n d p e r f e c t i n g o f L o n g me n s t e e l i r o n g r o u p i r o n ma k i n g．t h e s y s t e m a c h i e v e d h i g h r e l i a b i l i t y o f b l o w e r r e d u n d a n t c o n t r o l ，t h e c o n t r o l s y s t e m o p e r a t i o n i s s t a b l e a n d r e l i a b l e，a n d r e a c h t h e e x p e c t e d r e s u l t s t o e n s u r e t h e s mo o t h t h e b l a s t f u ma c e Ke y wo r ds r e l i a b i l i t y；r e d u n d a n c y ； c o n t r o l s y s t e m 1 月 IJ舌 轴流风机是大型高炉的关键设备 ，要保证 向 高炉提供足够的空气，以保证焦炭的燃烧。能否 稳定运行取决于 自动控制系统 的可靠性 和可用 性 。如果控制系统不够稳定可靠 ，造成误停 机 ， 将会直接导致高炉风 口灌渣等重大生产事故和安 全事故， 其直接及间接损失是巨大的，尤其对于 上千立方米大高炉。 2 系统结构 由于自 动化系统 日 益庞大、复杂， 单靠提高 元器件的可靠性来满足要求是不现实的。还应从 系统总体设计上对控制系统的稳定性及可靠性提 高要求。系统结构如图 1 所示。 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 0 5；修订 日期 2 0 1 1 0 71 0 作者简介王军 1 9 7 1 一 ，男，陕西龙钢集团炼铁厂 ，助理工 程师 。 PR OFL BU S D P 图 1 系统结构 F i g ． 1 S t r u c t u r e o f s y s t e m 该控制系统核心采用西门子 s 7 4 0 0 H冗余 系统 ，现场总线采用 主 一从通 讯。C P U集 成 的 D P 端口作为主站 D P M a s t e r ，由高可靠性 I M 1 5 3 2接 口模块 、有源总线模块及标准 3 0 0系列 I ／ O模块组成从 站 S l a v e 。P R O F I B U SD P是一种 重 型 机 械 3 7 高速通讯总线，特别适合于装置一级 自动控制系 统与分散的 I ／ O之间通讯。两台操作员站和 P L C 间的工厂 总线 采用两 台西 门子 S C A L A N C E工业 以太网交换机进行 s 7 通讯 ，实现了四通道冗余 通讯，任意一个节点或线路造成的网络故障均不 会影响系统正常通讯。计算机和控制系统使用知 名品牌大容量在线 式 U P S电源 ，并利用计 算机 串口对 U P S电源实现在线监控及报警输出。 3 硬件系统 操作员站配备稳定性较好的品牌高端商务机， 预装 正版 Wi n d o w s X p ，同时配备两块西 门子 C P 1 6 1 3 A 2网卡，以实现和 P L C之间的s 7 冗余通 讯 、状态监控 、数据采集 、设备操作等功能。 控制器为西门子的冗余套装产品 6 E S 7 6 5 4 ， 其 中包含 U R 2一H 2 9机架一块 、P S 4 0 7 1 0 A冗 余电源模块两块、s 7 4 1 4 H控制器两块、通讯 处理器 C P 4 4 31两块 、同步模块 四块 、1 M 同 步光缆两根、 2 M存储卡两块、后备电池4 块等。 实现了电源、控制器、监控层及现场级的冗余， 大大提高了可靠性。 仪表方面， 关键部位检测元件如轴振动、轴 位移 、转速检测 、前置放大器 、压力 、流量 、定 位器、防 喘 阀 等 均 采 用 B e n tl y 、R o s e m o u n t 、 E J A、EH、F i s h e r 等品牌 。 4 软件系统 在复杂的控制系统中，软件的故障往往高于 硬件。因为软件存在的问题不易体现，所以一个 完善的程序设计不仅仅是对编程软件的熟练应 用 ，更重要的是还要考虑现场经验和应用 。 操作员站使用了中文版 Wi n C C 6 ． 2 S C A D A软 件，实现数据采集、设备状态监测和控制、实时 趋势及历史曲线查询、报警检测等。W i n C C是德 国西门子公 司处于世界领先地位 的工控软件，是 一 个功能强大的监控系统 ，既可以用来完成小规 模的简单应用，也可以用来完成复杂的工程项 目。 控制系统使用 S I MA T I C S t e p 7 5 ． 4编程软件 ， 实现硬件组态、现场通讯、数据采集、设备的启 动、停机、连锁保护、报警等相关功能。 5 主要工艺 5 ． 1 静叶控制 轴流风机主要依靠调节静叶角度来改变 向高 炉的送风流量及压力 ，流量检测 由一台差压变送 器完成 ，经过温压补偿 、开方后换算为送风量。 给定风量 由工艺来决定 ，人工输入。现场的静叶 伺服阀驱动静 叶油缸 ，调节角度来改变送 风流 量 ，静叶实际角度由位置变送器反馈至 P L C，构 成一个小的 P I D定位控制系统。在机组转速未达 到额定速度时 ，静叶处于关闭状态为 1 4 。 ，当转 速稳定后 ，系统 自动发 出静叶释放命令 ，静叶释 放至 2 2 。 并保持。当系统投入 自动后 ，将使其处 于 自动操作状态 ，并可在手动和 自动之间转换 。 5 ． 2 主要保护逻辑 当系统检测到风机逆流后 ，将按照以下顺序 动作 首先发出喘振预报 1 S 后 ，如 风机仍然逆 流，则将防喘阀打开至一个预设角度，降低风机 负载3 s 后如持续逆流则风机进入安全运行，此 时防喘阀全开进行放风，静叶回到 2 2 。 ，5 s 后如 没有变化则认为出现了严重故障， 风机发出停机 信号。系统安全运行 逆流 流程如图2 所示。 图 2 安全运行 逆流 流程 Fi g． 2 Fl o w c h a r t o f s a f e t y r u nn i ng 6 提高可靠性的措施 6 ． 1 供电系统 控制系统包括操作员站 、P L C 、现场 自动化 仪表 、汽轮机电磁阀、汽轮机油动机 、风机静叶 伺服阀、防喘振阀、阀门定位器等供电均采用大 容量在线式 U P S提供的 A C 2 2 0 V和冗余 D C 2 4 V 电源。U P S电源输入侧交流双回路供电并可 自 动 3 8 重 型 机 械 切换 ，并在低压系统母线侧 安装一套 自启 动装 置，当电网瞬间失压掉电时能自动重合闸迅速恢 复系统供电，以上措施的采取能最大程度保障供 电的可靠性 和连续性 。 6 ． 2 合理接地 由于 P L C是 以微处理器为核心 ，综合 了计 算机 、自动控制 、通讯技 术 的通 用工业控制装 置 ，其 内部为大规模集成电路 ，虽然适用于工业 环境， 但仍然易受电源、变频设备等引起的电磁 干扰 ，而 良好 的接地无 疑是较 为理想 的解 决办 法。本风机控制 系统现有 系统接地和计算 机接 地 ，实测接地电阻均小于 1 Q，机架之 间采用粗 软铜线进行等电位连接 ，并引入接地母排 。 6 ． 3 硬件组态及配置 除可以实现模块热插拔外，对能引起保护停 机的重要连锁信号 如三取二的润滑油压力开 关 、动力油压力开关 、真空度低 、喉部差压等 采用分散组态，原设计将三个压力开关点组态在 同一模块 的连续通道上 ，如果该模块出现意外将 可能导致误停机。在系统安装调试过程 中对其重 新组态，将信号分别组态在三个不同从站的模块 上 ，分散了风险。其他 的开关量和模拟量信号都 进行了相应修改。现场 A I ／ A O信号大多为4 ～ 2 O mA，为消除 电磁干扰可能带来 的危 害，模 块不 供电 ，全部组态为四线 电流 ，除使用屏蔽电缆并 合理敷设外，都增加了隔离器或配电器。 6 ． 4 故障处理程序 采用结构化编程 ，生成通用性的 F C和 F B，根 据需要调用。下载相应的组织块，如 O B 7 0 、O B 7 2 、 OB 8 1 OB8 2 OB 8 3 OB8 4 OB8 5 OB8 7 OB1 2 1 等，确保非致命性内部或外部故障时 C P U能做出 正确的响应，杜绝误停机，减少故障。 埋敷在汽轮机和风机轴瓦的热电阻用来实时 检测轴瓦温度 ，在到达报警值和停机值时发 出控 制信号。由于长期受油液浸泡 ，一旦热电阻断线 或接触不良使阻值升高，系统将会认为是温度过 高，从而发出停机信号造成误停机。实际调试 中，系统增加 了热 电阻断线检测功能 ，即设置两 个实际中不可能达到的的温度上下限值，超出该 区间，立即切断该信号的保护功能并触发断线报 警。对于重要信号，采用多点检测，“ 联合表决” 的方法，防止了单一信号回路造成的误动或拒动， 并可在保证安全的前提下处理故障或更换元件。 风机运行过程中，难免会出现在线维修的情 况，因控制线路复杂，连锁点多，极易产生操作失 误，为避免这种情况出现 ，在操作员站中组态相应 的连锁切除功能按钮 ，按温度 、压力 、机械量、接 点信号等分类。同时组态相应的用户操作权限、报 警记录及操作记录， 便于日 常维护和管理。 7 结束语 风机 自从 2 0 0 8年底投运 以来 ，运行稳定可 靠，操作及维护方便，充分体现了冗余系统的先 进性、开放性 ，完全满足高炉的生产需求 。 参考文献 [ 1 ] 天津电气传动设计研究所著．电气传动 自动化技 术手 册 2版[ M] ． ．北 京 机 械 工 业 出 版 社 ．2 0 0 8 ． I S P铸轧技术 由阿维迪开发的 I S P铸轧技术是根据洁净钢生产理论 ，通过基于从钢水到最终带卷产 品生产 的工 艺参数对称性 、均匀性与一致性 的技术而实现的。I S P技术具有以下 7大独特工艺优势 1 结晶器系统和液芯压下 ，使得板坯 中心无偏析、晶粒尺寸细小且温度分布均 ； 2 在板坯全厚度方向的温度分布 T T D 呈反向温度曲线，板坯中心温度 1 2 0 0 C，表面温度 1 1 0 0 c 【 3 薄板坯在大压下轧机 H R M 上以缓慢速度铸轧，获得小于2 ％的极低凸度的中间坯，随后进 人精轧线； 4 感应加热炉提高板坯温度并优化温度分布，可按照最佳的加工要求对每一带卷设置中问坯 温度； 5 C r e m o n a 加热炉一个加热坯料缓存区以均匀中间坯温度 ； 6 精轧机组轧制工艺高度灵活性； 7 自动化编制生产计划及控制，优化所有工艺参数和产品。