PLC在高炉汽动式鼓风机监控系统的应用.pdf

5 0 鞍 钢 技 术 AI S C T E C HNI QU E S Z 0 0 1 年第 3期 P L C在高炉汽动式鼓风机监控系统的应用 贾凤泳黄新 宗赵 文剐 鞍钢 自动化 公 司 摘要鞍钢高炉 1 5号鼓风机是 V A 一9 O l 8型轴漉式汽轮压缩机 ， 通过技术改造 ， 采用先 进 的电子控制技术 ， 建成了全新的具有现代 化水平的汽轮压缩机控制系统 关蕾词 高炉鼓 风机监控系统电子技术 Ap p l i c a ti o n o i P L C i n Mo n i t o r i n g S y s t e m o i Tu r b o - b l o we r i n B F J i a F e n g y o l Hu a n Xi n z o n g Z h a 0W c , n g m a g AI S C Au t o n mt i o n C o ． Ah 矗 c t Th e a x i a l mr b o e c m a p r e s s o r D {t y p e VA S I 一 9 0 1 8 w a s u s e d i n NO ． 1 5 B F b l o we r i n AI S C ． No w c o n x o l s y s t e m h a s b e e n m z e d b y a d o p t i n g a d v a n c e d e o n mo l t e c h n i q u e o f e l e c t r o n ． Ke y W 0 B F b l o we r mo n i t o ri n gs t e m e ] e c t r o n ech n i q u e 1 引 言 高炉汽动式鼓风机是为高炉送风的大容量高 速转动设备， 结构复杂、 附属设备多， 其运行操作 受到严格的工作条件和运行区域限制， 一旦超限， 就会造成严重设备损伤和高炉灌渣的重大事故， 因此需要一套严密复杂的联锁保护和调节 系统 ， 以保证设备安全可靠运行。 鞍钢高炉 1 5 号鼓风机为 V A S i 一9 0 1 8型轴流 式汽 轮压缩机 ， 是 7 0 年代由瑞士 S U L Z E R公司引 进 的 设备 ， 额定 风量 6 0 0 0 m ／ m i n 。原 动机 为 B B C 公 司制造的 D S O _ZI 3 8型单缸 、 反动、 凝汽式汽轮 机 ， 额定功率为 Z Z 8 0 0 k W。该设备原有调节保护 系统采用液压机械式控制器和继电器电路 ， 控制 精度低、 速度慢、 操作维护麻烦 ， 又经 长时期运行 磨损 ， 已不能维持正常工作 。为此 ， 我们进行了彻 底改造 ， 全部拆除了原控制系统， 采用了先进的电 子控制技术 ， 建成了全新的具有现代化水平的汽 轮压缩机控制系统。 贾凤泳工程师鞍钢 t l 动化公司 邮编1 1 4 0 2 1 2 系统构成 该 系统采用工控机P I c控 制器结构， 如 图 1所示。 系统 由2台上位机、 4台 P L C和 4台控 制器组成。P I c采用 A B公司的 P I c一5 ／ 2 0处理 器。为检修方便， 按照专业性质进行划分 ， 设为三 个独立的站 热工测控站、 监控保护站和电气控制 站。热工测控站负责机组所有热工参数的检测和 对汽机复水器、 高压加热器、 低压加热器等设备的 水位控制 监控保护站负责对机组运行操作的保 护控制和监测报警， 采用双 C P U热备方式， 再通 过远程链路 ， 连接到公用远程 I ／ O机架。 电气控制 站负责机组电气设备的控制和机组启停操作。三 个站通过 D H高速数据链路连成 网， 进行站问 公用数据的相互传送， 通讯速率为 2 3 0 ． 4 I q 。三 个 P I ．C站均采用 P S I x 5软件编程。 两台上位机采用研华工控机作为机组的监视 管理设备， 通过 D H链路与 P I ．C连成网， 实时收 集处理网上各站数据 ， 发布命令。 两机都采用罗克 伟尔的 R S V I e w3 Z组态软件， 这是一个基于 wI n _ d o w s N T和 Wi n d o w s 9 5平 台 设 计 的， 并 把 A c l i v e x X控制嵌人画面的较先进的 MMI 软件。两机 维普资讯 贾凤渌 t Ut f 赵文刚P I ￡ 在高炉汽动式鼓风机监控系统的应用 5 1 在重要部分具有相同的应用程序 ， 可互为备用， 提 高系统应用的可靠性。 图 】 控制器采 用 H A R T MA N_一B R A 【 N公 司制造 的P I 配哪地N【 cP s小型数字控制系统 ， 共 4台， 外 加逆流保护逻辑单元 ， 分别用于控制风量、 风压、 汽压限制和防喘振 。风量和汽压控制器的输 出连 接到风压控制器上 ， 通过风压控制器进行综合运 算处理后 ， 进行协调控制 。 控制器通过 t l O通道与 P 1 J c连接 ， 组成一个完整 的控制系统。 3 系统功能及软件结构 3 ． 1 启 、 停 控 制 对风机各种附属设备的启、 停及联锁进行控 制 。 主要有 盘车 、 复水泵、 高加旁通、 主汽门、 出口 风门、 逆止 门以及各种 油泵、 加热 器、 水门、 风扇 等， 共 2 4个回路 ， 具有 自动i 手动功能 。为满足各 回路在运行中随时可能单独解决检修、 试验 的需 要 ， 每个回路都采取模块式独立编程方式 ， 由回路 电源等作为运行条件 ， 使各 回路 能 自由切换 、 投 运 。 对重要回路 ， 为防止困震动 灰尘 、 干扰等引起 的误信号， 采取 了开关信号软保护措施 ， 保证了机 组的可靠运行 。 3 ． 2 监控保护 监视整个系统 的运行状态， 判断临界参数 ， 实 现联锁保护 ， 进行事故 报警 、 记 录和危急跳闸处 理。主要保护功能有 1 失速保护 机组 出现低转速时， 及时报 警 ， 并马上控制风机静叶片关至 l 4 。 位置， 超 出则 跳 闸 。 2 逆 流保护 监测风机运行状 况， 出现逆 流， 马上计敷、 计时， 报警 ； 若逆流延续 5 s ， 则将放 风门全开； 若逆流延续 2 0 s ， 马上跳闸停机。 3 串轴保护 ； 监测风机机轴位置 ， 若 出现机 轴 串动 ， 当串轴 达 0 ． 4 m时则报警 I 若 串轴 达 0 ． 8 m m则跳闸停机 4 高风压、 低油压保护 监测风机出口风压 和润滑油压 ， 当出现风压高或油压低时则分g Ⅱ 启 动相关设备， 若超过临界值时则跳闸停机 。 5 速度检测及超速保护 采用双速度检测 探头， 用软件判断其正确性和故 障诊 断， 出错报 警 ， 超速跳闸。 主要监测功能 监测整个 系统状态参数约 6 0 点， 经过锁存、 处理、 控制报警光示板、 警笛 等动 作 ， 警示系统具有记忆和消音、 复原、 试验功能 。 为 了快速准确记录下首发故障和各种状态变化发生 的先后顺 序， 软件上采用信号跳变触发 F I F O栈 存储方式进行记 录， 报警顺 序分 辨辜 达到 1 0 m s 级 信息保存到上位机取走后清除 ， 提高了事故诊 断的速度、 水平。 3 ． 3 热工 测控 实时检测机组全部热工数据 ， 包括汽、 水、 油、 风的压力、 流量 、 温度等， 共有 5 6 点 。重要量超限 报警 ， 对复水器水位 ， 高压 、 低压加热器水位提供 自动／ 手动控制。为保证控制的快速性和稳定性 ， 根据输入偏差值大小划定范围， 采用不同调节方 式， 正常时采用 P I 算式， 在大偏差时则采用 设置 输出方式， 在小偏差范围设定死区。 为确保手动 自 维普资讯 5 2 鞍钢技术} 2 0 0 1 年第 3期 动的无扰动切换 ， 采取在手动状态时进行 阀位跟 踪 ， 并用此值计算积分项 。 复水器需要同时调节的 对象有两个 出水管阀门和回水管阀门， 两者需协 调动作， 我们采用以出水管为主调对象 ， 回水管采 用反 向比例随动控制方式 。 3 ． 4 防喘搌控制 风机运行在不 同的风压时 ， 都有严格 的吸人 风量限制范围， 低于该限则发生喘振， 会造成风机 叶片、 轴承等重要机械损坏 。 防喘振控制采用 自适 应随动控制方式 ， 利用在线试验 ， 钡 i 得有代表性的 1 6 个喘振点， 作 出防喘振 响应曲线作为控制线。 通过该曲线函数， 由实测差压值 随时算 出压力限 定值， 作为控制器的设定值 ， 采用 P I 算式进行控 制 。为保证系统可靠运行 ， 采取了以下优化措施 1 非线性控制 当负偏差值迅速增大时 ， 自 动转入大增益快速动作区 ， 加速调节功能 。 2 非对称输 出 在控制信号缩减时， 原样输 出； 而在控制信号增大时， 其输出值采取了延迟逐 步递增方式， 保证系统稳定 。 3 斜坡 功能 在风机启／ 停 时， 自动加入斜 坡功能， 确保平稳加载卸载。 3 ． 5 风 ■、 风压 、 汽压控 制 风量控制用于调整 、 设定机组的送风值 ， 并保 持风量恒定 。风压控制用于限制风压在极限范围 内。 汽压控制则在汽压下降时防止旋转失速故障， 并限制轮机室压力在极限值以下 。三者都采用 P J 控制方式， 并采取 了非对称输 出控制和加载卸载 自动斜坡方式等优化措施 三台控制器的调节对 象相同， 为协调动作， 将风量和汽压控制器的输出 值加到风压控制的 P I 控制块上 ， 选出最小值作为 公共输 出值。该输出需要分别调节汽机速度和风 机定子叶片角度， 两者要密切配合， 因此增加一个 分离运算块， 依照导出的数学模式， 分别算出两者 的实际控制值。 3 ． 6 监视 系统 为了监视、 操作机组的正常运行 ， 用两台工控 机作 为上位 机， 利用罗克伟尔 自动化 的 R S V i e w 软件 和 v_ B a s i c语言， 建立 了一个完善的鼓风机 监 视 系统 ， 完 成 以下 功能 1 实 时收集系统全部数据， 建立实时数据 库， 并采用不同扫描周期 ， 分别建立 日、 周、 月 、 年 的历史数据库 。 2 提供动态工况运行图、 系统流程图、 控制 参数设定图、 各种参数表和趋势曲线等显示 画面。 工况运行图利用 由各种实测的临界线划分 出工作 区、 安全区、 危险区等 ， 实时显示风机工况点 ， 指导 对风机的运转操作。 为适应现场操作环境 ， 所有画面的调用显示 都采用盘面上 的按扭操纵 ， 为各按扭编制 了监督 驱动程序。 各画面设立各种软键 ， 编写对应的宏命 令 ， 以事件触发形式， 通过控制焦点移动 ， 选择不 同画面 。 1 以处方 R e c i p 形式 ， 可为下位机控制回 路随时设定、 修改参数值 。 2 为主要状态参数建立报警记录文件 ， 以 D h a s e I V格式存储 。 同时建立了报警状态栏窗口， 实时显示最新报警信息 。 另外 ， 为了对事故发生先 后排序， 以专 门格式存储、 显示 ， 采用 了 v - 嘣 c 语言， 建立随机文件 ， 并与 R S V i e w软件的标签数 据库建立链接 ， 以事件触发方式， 读取 P L C的 F I - F O栈信息， 进行存储 处理 ， 提供事故分析 。 3 ． 7 热备技术 P I ． C --2号、 3号站担负着机组监控保护的重 要任务， 为此采用了双 C P U 双机架热备结构 ， 如 图 2 所示。每个 C P U各 占一个独立机架 ， 各有一 块后备通讯卡 B C M ， 两个 B C M 卡通过高速串行 链 H S S I 互连， 在两个 C P U之间形成高速通信通 道。每个 C P U的 1 A、 1 B通道接到各 自的 B C M卡 上 ， 通过 B C M 与 D H网和远程 站连接 。 两个 C P U 分主 备两用， 只有 主C P U与远程 站及 D H 网 实际接通， 再通过 H S S I 链 自动将实 时 I ／ O数据 传送到备用 C P U 。 为了保证在主C P U故障转换时， 备用 C P U能 快速正确同步运行 ， 主、 备 C P U有相 同的程序 ， 同 时还岿须将主 C P U中 I ／ O以外的其 他必要数据 连续传送到备用 C P U 为此 ， 另外编写 了热备程序 块， 将主 C P U所需传送的数据组成专 门的数据 块， 每块 6 4个字， 前两个字为状态码和模块识别 码， 采用块传送指令分块传送。备用 C P U按识别 码分块接收后， 再转存到相应数据表文件中。 维普资讯 贾凤泳 黄新宗 赵文刚P L C在高炉汽动式鼓风机监控系统的应用 5 3 C ,h P L C 2号P I J C 3号 U b m 11 】 HS s i 一 r 】 H 4 R H Ⅱ _ _ 图 2 P L C -- 5 热备结构 3 ． 8 P L C内部故障处理子程序 P L C内部故障处理子程序用来监视 P I ￡软、 硬件产生的故障 ， 采取相应措施 ， 进行及时处理， 减少故障危害。子程序主要对 P I ￡运行中产生的 错误码及状态码进行监视 ， 对 P I c不同运行状态 采取相应数据保护。 对可恢复错误 ， 进行纠正处理 和提示； 对不可恢复故障， 作适 当关机 处理 和报 警。故障子程序存放在 P I ． C --5指定的位置， 当异 常状态或错误码出现时 自动调用 。 上 接第 3 8页 4 使用 效果 装置优化的主要 目的是减少废品， 提高产品 尺寸精度， 为此对装置进行生产运行考核， 并对其 产品精度进行抽检 1 过 去由于导卫装 置固定不牢， 且没有锁 紧装置 ， 使装置发生横向窜动 ， 造成精轧机组堆钢 事故 ， 停机并增加过程废品。 改进后的导卫装置安 装牢固， 调整方便 ， 堆钢事故明显减少。2 0 0 0年 8 月 2 4 ～2 8日进行跟踪使用考核 ， 共轧制 3 9 5 5 ． 2 t 线材 ， 投有 因导卫问题造成堆 钢， 8 ～1 O月 ， 每月 减少废品 5 0 t 。 2 原导卫装置中， 安装在圆形结构中的滚 动导辊与导板由于压不紧发生转动， 轧件与孔型 不对中， 造成尺寸不稳定 经过改进后解决了此问 题 ， 并于 2 0 0 0年 9 月 1 0 ～1 8日进行精度抽检， 总 计抽检 了 2 6 8 ． 8 t ， B级 1 5 8 ． 7 2 t ， B级率 5 9 ， c级 1 1 0 ． 0 8 t ， C级率 4 1 与改造前相比， 产品尺寸精度为改进前 B级 精度为 7 O ； c级精度为 1 0 ； 改进后 B级精度 为 1 O O ； c级精度为 5 0 。 4 结束语 该控制系统自从 2 0 0 0年 4月投入应用至今 ， 系统运行稳定可靠， 控制精确 ， 对突发事件反应灵 敏， 操作 、 维护简便， 机组工作状态指示明了， 运行 工况得到良好改善 ， 大大提高了鼓风机的运行效 率 和安全水平 。 编辑母 晓东 收稿 日期 2 0 0 0年 1 1 月 1 2日 5 结 论 1 改进后 的导板装 置具有独创性 ， 结构简 单、 安装牢固可靠、 调整方便精确、 节省时间、 对中 性能好， 夹持轧件较改进前稳定。 2 减少或消除了因导板故障而产生的堆钢 事故， 全年至少减少废品 6 0 0 t ， 可创效益 1 2 O 万元 以上 。 3 轧制尺寸稳定， 提 高了盘条精度等级 ， B 级精度从 7 0 提高到 1 0 。 ， c级精度从 1 0 提 高到 5 O 。 4 滚动导板轮润滑系统改进后油路通畅 ， 不漏油， 减少了滚动导板轴承的损坏 ， 保证了导轮 在高速运转状态下稳定扶持轧件。 5 新设计 的导板水冷喷嘴台理， 降低了导 板和滑动导板温度， 提高了使用寿命 ， 并直接冷却 盘条， 为精轧机组辊问冷却提供了有效手段。 参加本课题 的还 有 帅 国斌 、 钟 丽丽 、 王秉 喜 。 编辑裒晓青 收稿 日期 2 0 o 1 年 2 月 1 2日 维普资讯