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A V 4 5 - 1 2型轴流式高炉鼓风机的 P L C控制 Th e PL C Ce n t r e l o f AV4 5 ． 1 2 Ax i a l Bl o we r l 引言 高炉鼓风机是 高炉生产的一 个至 关重要 的环节 ，目前安钢炼铁厂建有 3 8 0 m 高炉两座 ，配备 有两台风机 ， 分别为D 1 3 0 0高压离心式鼓风机和 A V一 4 0 全静叶可调式轴流风机 。 风机的运行情况随着高炉生产情 况的变化而变化 ，同时也制约着高炉 生产的顺利进行。随着1 2 0 T 转炉的建 成 ，公司对炼铁的产量也提 出了更高 的要 求。为实现高炉稳 产、高产的目 标 ，公司对风机进行了改造 ，在保 留 原有AV一 4 0 全静叶可调式轴流风机的 基础上 ，增加 了一套AV 4 5 1 2 型全静 叶 可 调 式 轴 流 风 机 ，代 替 原 有 的 DI 3 0 0 高压离心式鼓风机。 为了适应高炉连续可靠的生产要 求 ，确保 高炉产出高质量、高产量 的 铁水 ，势必要求鼓风机 具有 良好 的处 1 04 PLC ＆FA r～ 河南安阳钢铁集团炼铁厂王永康张娟张道忠 W a n g Y on gk an g Zh an g J u an Zha n g Da o zh o n g 摘 要贪绍轴流式高炉鼓风机的防喘振控制、定流量 ／定风压控制以及逻辑联锁控制。本 系统采用了 M o d i c o n O u a n t u m高端 P L C冗余控制，提高了系统的可靠性，在控制水平和确保炉 况顺行等方面取得进步 。 关键词轴流式鼓风机 控制 Abs t r a c t T o i n s t r od u c e s u r ge - p r oo f c on t r o l ， c o ns t a n t f i e w／ c o n s t an t pr e s s ur e c on t r ol a n d l o g i c i n t e r l o c k c o n t r o l c o nc e r n ed i n a x i al b l o we r c o n t r o1 ．As f or s y s t em c o nf i g u r a t i o n， Mod i c on Qu a n t um PL C h o t s t an db y ha v e b e en ad op t e d，t h a t i mpr ov e s t a ble o f t h e c o n t r ol s y s t em，it pr omo t e in c on t r o l le v el an d f ur n ac e op er a t i n g s mo o t h l y ． Key wor ds Ax i a l b lower Con t r ol [ 中图分类号]T P 4 4 3 [ 文献标识码]B 文章编号 1 6 0 6 - 5 1 2 3 2 0 0 9 0 4 0 1 0 4 - 0 3 理 突发事件的能力。考虑到风机和高 炉的安全生产和方便操作 ，系统采 用 了计算机进 行集 中监控 。 2 系统配置 轴 流风 机 控 制 系统 硬 件 上采 用 Mo d i c o nQ u a n t u m 系列1 4 oC P U 6 7 1 6 0 高端P L C冗余控制 ，系统由两台操作 站、以太网交换机、P L C主站 以及远程 分站构成。其中冗余C P U构成主／ 备体 系结构 ，对P L C中数据处理和通讯提供 了基于硬件的自动冗余，它可保证出 现故障时切换不会造成任何过程控制 的损失。系统硬件组成如图1 所示 。 新的Qu a n t u m 1 4 0 C P U 6 7 1 6 0 热 备处理器设计 用于要求有高可靠性控 制系统结构、不能出现系统停机的关 键场合，能够实现无扰切换。这种模 块有 两项 主要功能 P L C处理器和一 个专 门用于冗余控制的协处理器 。主， 备体 系结构对管理P L C中数据处理和 通讯提供 了基于硬件的 自动冗余。这 种可靠性的提高可 以保证无间断的过 程 管理 与确保控制的关键功能。主备 两个P L C之间的数据交换使用了C P U 模板上标配的1 0 0 Mb p s 以太网端 口。 在每个扫描周期中对所有 数据进行交 换 ，而对系统循环时间只有最低程度 的影响。 另外在软件上 ，本次采用在U n i t y P r o 2 ． 3 编程环境中设计开发P L C应用 程序，在工控组态软件i F i x 4 ． 0 中设计 编制控制系统HMI 应用程序，操作站 与P L C之间通过工业 以太 网通讯。 3 主要控制回路 P L C完成的主要控制功能防喘 振控制、定流量， 定风压控制、逻辑联 图 1 系统硬件组 成 图 2 风机 的特性 曲线和 喘振 曲线 锁控制、润滑油控 制、动力油控制、 机组轴系监测及报警等 。 3 ． 1防喘振控制 喘振是轴流压缩机固有的特性之 一 。形成 喘振 工况 的原 因是 由于工况 超过 了压缩机 固有 的允许范 围 ，使气 体不 能顺利地从压缩机 内部通过 ，在 转子 、叶片和静叶 的表面形成气流分 离 ，气流在压缩机 内部呈紊乱状态 ， 并 同时产生强烈的振动和大量的热能 积聚。喘振工况对压缩机具有很强的 危害性 ，如不能及时消除 ，会对机组 的转子和静叶造成损害 ，严重时，甚 至可 能导 致转子和静叶全部报废 。 防喘振控制的基本原理是在机组 接近 喘振工况 时 ，通过调整压缩机 出 口处 的防喘振阀 ，使防喘阀打开至一 定 角度 ，以增 加压缩机 内部通过的流 量 ，适当降低出口压力，使工况点远 离喘 振区域 。 在风机 准备投运时 ，由陕西鼓风 机厂对风机做风机特性试验和 喘振试 验 ，根据实测 出的风机 入口差压 A P 与排 气压力P的函数关 系得 出风机 的 特性 曲线和喘振 曲线。如 图2 所示 。 根 据 风 机 的 特 性 曲 线 和 喘 振 曲 线 ，在计算机中设定了报警、放散、 紧急放风三个函数发生器。为确保风 机安全运行 ，在实际中我们将喘振线 平行下移2 ％、 7 ％、 1 0 ％得出三条同样 形状的 曲线作 为防喘振调节 系统 的紧 急放风线 、放散线和报警线 。系统的 工作原理是 进口流量和出口压力经 变送器测 出送 至计 算机 ，经计算后得 出控制防喘阀的P V值 即测量值 ， 该值分别与函数发生器计算出对应流 量下 的报警值 、放 散值 、紧急放风值 即设定值S P 进行比较，当P V值达 到报警值 时 ，系统发出报警信号 ，提 醒操作人员注意工况变化； 当P V值达到 或超过放散值 时 ，防喘振调节系统起 调节作 用 ，放散 阀打 开 ，使 工况点重 新回到放 散线以下运行 ；若放散阀开 启仍 旧不 能 使 工况 点 回到 放散 线 以 下，工况继续恶化 ，当P V值达到紧急 放风值 时 ，计 算机输 出信号使电动放 风 阀快速开启 ，实行 紧急放风 。 3 ． 2定风量 ／ 定风压控制 控 制 原 理 轴 流压 缩机 对 风 量 和 风压 的调 节是 通 过调 整 压缩 机 静 叶角度 的 变 化来 实 现 。静 叶角 度 的 调节回路 由内环控制和外环控制形 成 的 串级 回路组 成 。 内环 部分 通 过 P I D调节控制器完成 外环部分包 括 静 叶位 置 变送 器 、静 叶伺 服 控制 器和 静 叶伺 服机 构 。 在内环控制部分，操作人员可选 择定压力或定流量控制 、手动或 自动 控制 ，对 目标 值进行设定 ，由P I D调 节器 完成对压力或流量的 自动调节。 通过调节 静叶角度的变化 ，可 按 工艺状态的要求增降压缩机的出力， 在 工艺对 风量要求不大时 ，压缩机组 的功耗负荷也随之降低 ，从而达到节 能 的效 果。 伺服放大器在外环控制部分， 静叶伺服控制器通过比较来 自位置变 送器和P L C的控制信号 ，并输 出伺服 指令信号驱动静叶伺服机构，推动静 叶承缸按指定方向动作 ，从而完成对 风机流量、压力的控制。 3 ． 3逻辑联锁控制 压 缩机安全运行联锁 用于控制对 压缩机启停和运行状态最为重要的关 键设备 ，主要控制对象包括主汽电磁 PLCF A1 O 5 ] 阀 、调速 器 、高 压电气联锁 电拖机 组 、 可调静叶、防喘阀快开电磁阀、 逆止阀。在机组运行过程 中，各种联 锁功能按一定时序相互关联，用以实 现对压缩机组 的联锁控制 ，以保证机 组的安全 。其功能主要包括 启动联 锁、静叶释放、自动操作 、逆流保 护 、联锁停机。 启动联锁用于保证机组在启动 前必须具备的外部条件和内部状态全 部符合要求。外部条件主要有润滑油 温度 2 O ℃ 、 润滑油压 力 1 5 0 k P a 、 动力油压 力 l 1 ． O MP a 、 静叶位置 全 关 、 防喘阀位置 全开 等 。内部条件 是指用于机组安全联锁的各种内部存 储器的状态在开机前必须全部复位。 自动操作指机组在解除安全开 锁后的工作状态。在机组启动过程 中 ，可调静叶、防喘阀和逆止 阀必须 闭锁在 安全位置 ，当达到额定转速稳 定运 行后 ，按 下 “ 自动操 作”，机组 解除闭锁后 ，向工艺加载送风 ，可调 静叶、防喘阀都可以开始自动调节。 逆流保护 在防喘阀调节的作用 下 ，在机组接近喘报时防喘阀 自动调 节 ，可 保证机 组 工 况不 致达 到喘 振 点 。考虑到特殊情况 如防喘阀调节失 灵 ， 机组也有进 入喘 报区的危险 ，所 以设置逆流保护。这样在运行过程 中 自动判别机组是否发生喘振和逆流用 于在确实发生喘振的情况 下执行安全 联锁 ，以确保机组的绝对 安全 。 联锁停 机 当机 组发生重大故障 时，为避免造成重大设备事故，必须 立即停机。联锁停机的外部条件主要 是润滑油压过低 6 0 k P a 、 动力油压 过 0 ． 6 mm或 一 0 ． 6 mm 、 压缩机持 续逆流 、手动停机。当以上任一条件 满足，则启动联锁停机，联锁停机在 关闭机 组驱动能源的 同时 ，将可调 静 叶、逆止阀、防喘阀自动诸锁在安全 位置 ，同时记录并保持造成停机的原 1 0 6 P L C ＆ F A r一 因，直至存储 器复位 。 3 ． 4油系控制 油 系控 制 主 要包 括 润 滑油 系 统、动力油系统以及电加热器的控制。 润滑油系统设置两台油泵 ，互为 备用 ，其 中一 台为主泵 ，另一台为备 用 泵 ，当油 压低 时 ，备 用泵 自动 启 动，补充油压的不足当油压恢复正 常 、主 泵运 行正 常 ，备 用泵 停止 工 作。动力油系统油泵也是如此工作。 电加热器由P L C 控制 ，当润滑油或 动力油温低时电加热器工作 ，当油温高 时 ，电加热器接触器断开，停止工作。 4系统关键 应 用了Mo d i c o n P LC设计 安钢 3 8 0 m’ 高炉自动化控制系统 ，具有如 下一些显著特点 。 4 ． 1热备处理器 硬件上新的Q u a n t u m 1 4 0 C P U 6 7 1 6 0 热备处理器 ，具有强大的处理和存储 能力，并且双机热备具有高效率高可靠 性、易扩展特性。在生产过程中能够无 扰切换 ，确保关键功能的可靠性。 Q u a n t u m热备意味着 1 特制的c P u， 热备功能不附加 任何专 门的硬件模块 2 热备时无需编程 ，系统参数仅 通过一个对话框加 以定义 3 清晰的操作模 式，有C P U模块 前端 的微型终端、一台编程 P C 4 主备两个C P U的应用程序可以 不同 ，但这样也不会 中断冗余连 接。 这样的热备可满足用户的生产率 要求 ，这意味着管理 系统可靠性可以 得到完全的保障，确保关键设备的可 靠运行 。 4 ． 2自动化软件平台 U n i t y P r o 2 。 3 软件 上采用了施耐 德电气新一代 自动化软件平台Un i t y P r o 2 ． 3 编程软 件，U n i t y 中提供了完整的功能和工具 集 ，将应用程序结构对应到过程或设 备的结构上 ，包括程序段 、数据监视 表、操作画面等 等。联机修改 ，可 以 在保证程序连续性的基础上将所做的 修改分组，并在运行中一次直接传输 到P L C 上 ，这样所做的修改可以在一 个扫描 周期 中同时生效 ，通过减少停 机时间缩减 开发成本并优化运行。运 行期间画面通过 以图形对象的形式来 表达变量状 态 ，使得调试易于进行 。 U n i t y P r o 在开发和兼容性方面提供无 可 匹敌的潜力 ，用户界面友好 ，使得 开发软件容易 ，用户能够快速掌握 易 于降低培训成本。 另9 [, l , i F i x 4 ． O 监控工具软件开发的 监控系统 ，能够很好地满足生产工艺的 要求 ，同时调整、移植较为方便。 4 ． 3 U P S供电 在 采 用 了PLC双机 热 备的基 础 上 ，为进一步提高系统 的可靠性 ，以 上设备采 用一 台UP S 供电 ，在 主电源 故 障的情况下 ，保证风机 正常工作 ， 允许有一个小时的处理时间不会影响 高炉的正常顺行 。 5 结束语 安钢3 8 0 m 高炉轴流风机 自控 系 统 自2 0 0 7 年1 2 月投运以来 ，运行状况 良好 ，检测精度高 ，抗干扰能力强 ， 特别是防喘振曲线的在线显示和控制 已在风机的安全可靠和经济运行方面 发挥了重要作用，表现了良好的实用 性 、稳定性、安全性、可靠性 ，整个 系统不但具有很高的自动化水平，而 且充 分满足 了生产工艺的要求 ，对高 炉的重要 生产环节实现 了集中全面 的 实时监控 ，为高炉的稳产、高产提供 了良好的设备保证 ，为安钢集团公司 的增铁增效创造 了良好的条件 。 作者简介 王永康 1 9 8 1 一 男助理 工程 师，冶金自动化工程领域。 参考文献 略
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