包钢9~#电动鼓风机自动控制系统的开发.pdf

第 3 6卷第 4期 2 0 1 0年 8月 包钢科技 S c i e nc e a ndTe c h no l o g y o fBa o t o u S t e e l Vo 1 ． 3 6， No ． 4 Aug u s t ， 2 01 0 包钢 9 电动鼓风机 自动控制系统 的开发 韩彦虎 。 ， 胡文江 1 ． 内蒙古科技大学信息工程学院， 内蒙古 包头0 1 4 0 1 0 ； 2 ． 内蒙古包钢钢联股份有限公司计量处， 内蒙古 包头0 1 4 0 1 0 摘要 轴流风机 自动控制系统主要包含了防喘振控制、 机组启停机控制， 控制系统使用 P C S 7进行开发， 主要使用 S F C和 C F C语言， 不再使用陕鼓动力的I N T E R L O C K方式， 有效的提高了系统的 自动化程度， 大大缩短了调试周期。 关键词 全集成 自动化； 静叶控制； S F C 中图分类号 T F 3 2 5 ． 6 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 5 4 3 8 2 0 1 0 1 M一 0 0 5 5 0 3 De v e l o p me n t o f Au t o ma ti c C o n t r o l S y s t e m o n 9 El e c t r i c Bl o w e r F a n i n B a o t o u S t e e l H A N Y a nh u ，一 ． HU We n fi a n g 1 ． S c h o o l o f I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g， I n ner Mo n g o l i a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， B a o t o u 0 1 4 01 0， Ne i Mo n g go l ， Ch i n a； 2 ． I mt r u m e n t D e p t ．ofS t e e l U n io n C o ． L t d ． ofB a o t o u S t e e l G r o u p C o r p ． ， B a o t o u 0 1 4 0 1 0 ， N e i Mo n g g o l ， Chi n a Ab s t r a c t Th e a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m o n a x i a l f a n i n c l u d e s c o n t r o l o f ant i s u r g e a n d c o n t r o l o f s t a r t o r s t o p f o r a s s c m- b l i n g u n i t ． T h e c o n t r o l s y s t e m i s d e v e l o p e d w i t h S F C and C F C l a n g u a g e s ． a s w e l l a s PC S 7 ． Th e mo d e o f I N T E RL OC K i s n o l o n g e r u s e d ． T h e d e g r e e o f a u t o ma t i o n o f t h e s y s t e m i s i mp r o v e d e ff e c t i v e l y ， a n d t h e d e b u g g i n g c y c l e i s s h o r t e n e d g r e a t l y ． Ke y w o r d s t o t a l l y i n t e g r a t e d a u t o m a t i o n rr I A ； s t a t o r b l a d e c o n t r o l ； S F C 包钢9 电动鼓风机是包钢 2 0 1 0年安装 、 调试完 毕的一台大型轴流式空气压缩机 ， 机组控制系统采 用 S I E ME N S P C S 7系统 ， 风机控制包含了机组启动、 停止控制； 定风量、 定风压控制 ； 防喘振控制 ； 拨风控 制。 1 工艺简要介绍 9 电动鼓风机与原来 的 7 、 8 电动鼓 风机协 同 向3 、 4 、 6 高炉送风， 每台风机都配备 3个配风阀， 正常工作中， 风机与高炉为一一对应供风方式， 风机 发生突然跳车时则启动拨风系统， 保证高炉不发生 大的事故和经济损失风机供风系统结构见 图 1 。 图 1 风机 供风 系统 结构 风机的控制主要包含了机组正常启停机控制、 收稿 日期 2 0 1 0 0 50 7 作者简介 韩彦虎 1 9 7 3一 ， 男 ， 河北省衡水市人 ， 工程师， 现从事工业 自动控制系统开发与维护。 包钢科技 第 3 6 卷 机组急停控制、 防喘振控制、 拨风控制。 2 控制系统基本结构 工程的控制系统考虑 了S I E ME N S 公 司“ 全集成 自动化” 的理念 ， 各控制站、 控制站与操作站之间 采用工业 以太网连接。操作站为单站结构， 单站结 构符合风机系统的实际需求 如图2 所示 。 图 2 P C S 7 系统结 构 在 P l a n t B u s 和T e r m i n a l B u s 网络中选用 X 2 0 0系 列交换机 ， 控制器部分选用 A S 4 1 7 42 H组件包 双电源模块、 双 C P U模块 ， 双以太网通讯模块、 双 P R O F I B U S通讯网络 与电气系统的通讯使用 MO D B U S方式 ， 通讯数 据只作为参考数据 ， 不在控制环节当中使用 ， 与西门 子电机控制系统的握手联系采用 1 4个开关量， 与西 门子软启动通讯使用 P r o fi b u s _ D P方式建立 s 7链接。 震动、 位移、 相位检测使用独立的本 特利 3 5 0 0 震动检测仪 ， 震动仪判断的跳车结果使用开关量方 式传送到 P C S 7当中。 P C S 7组件 当中包含 了 S T E P ／组件 ， 并且也 能 够使 用 L A D， S T L ， F B D 进 行 直 接 编 程 ， 其 中 的 WI N C C组件可以使用人工配置方式从 A S的 D B当 中取得数据， 但是这种编程方式是不符合 P C S 7的 设计理念 的， 所 以 9 风机工程中全部采用 C F C S F C编程方式 ， A S与 O s的接 口没有 自定义 的变量 。 3 机组的自动控制 根据陕鼓动力 A V 9 01 5风机 的控制要求 ， 依 次设计如下 3 ． 1 机组启动、 停止控制 风机的启动、 停止涉及 的电器设备 比较多 ， 同时 在启动中还要修改设备或功能的设定参数 ， 这样来 完成风机的安全启动与停止 。 其中包括 与西门子软启动系统的握手；风机 静叶的操作；顶升油泵 的启动、 停止操作 ；润滑油 泵的启动、 停止操作；加 热器 的启动 和停止操作； 盘车电机的启动和停止操作 ；防风 阀的失电、 得 电 处理 和判断；防喘振控制器 的投入和切除；风量、 风压控制系统 的投入与无扰处理 ；送风阀的操作 ； 逆止阀的操作； 电机、 润滑油加热器的操作； 动力 油站的操作； 3 5 0 0 震动检测仪参数的切换。 从电机类到阀门类 ， 风机控制系统包含了较多门 类的设备， 操作方式各异 ， 首先使用 C F C方式设计电气 设备 的操作和保护， 根据用户要求设计 F B 、 I C O N 、 F A C E P L A T E ， 在 F B环节留好 S F C的操作接口， 分配好 S F C操作和面板操作的优先级别和互锁关系。然后根 据风机控制要求， 使用 S F C做程序设计， 使用序列方式 对生产要求进行 了整理， 顺序控制序列设计 了4组 R UN 实现机组 的顺序启动； 送风； 安全运行操作； T E S T 实现机组设备的自动测试； ③N S 机组的正常停 止 ； ④E s 机组的紧急停止。 顺序控制系统按优先级别 依次为 E S ， N S ， T E S T ， R U N 。以 R UN 序列为例， 屏蔽 S F C控制系统的状态机机制， 由用户的操作按钮来启 动 R U N的执行， R UN 序列的基本结构如图3 所示。 图 3机 组启 动 S F C 第4期 包钢 9 电动鼓风机 自动控制系统的开发 5 7 图中描述了 R U N序列的主要结 构 ， 只对 步的 基本功能做 了说 明， 转换 等细节略去 ， 从 S T E P 0 一 。 S T E P 9是风机系统 的一个启动过程 ， 系统正常工作 于 S T E P 1 0在 S T E P 1 0中， 可以进行定风量 、 定风压、 手动静叶角调整等控制 。 S T E P 1 1为安全运行状态 ， 是为系统在紧急状态 下进行 自保而不停电机设计 的。 风机在工况不符合安全要求后会在极短的时间 内对设备造成不可挽 回的损失或者安全事故 ， 所 以 风机的安全保护全部为 自动完成 ， 并且 在设计和编 程 中要充分的考虑安全保护程序的严密性和启动时 间是否符合要求。 P C S 7的顺序控制序列当中包含了 P r e p r o c e s s i n g 预处 理 ； P o s t p r o e e s s i n g 后加工 ； T r a n s i t i o n 转换 ； C o n d i t i o n 条件； S t e p 步； I n i t i a l i z a t i o n 初始化 ； P r o c e s s i n g 处 理 ； T e r m i n a t i o n 结束处理。 R U N序列包含 了对风 机设备 的启 动、 停 止操 作， 还包含了用户定义功能的激活与去活。 R U N序列 为最低优先级别 ， 所 以当有急停 、 停 止等条件存在时 ， R U N序列会直接从当时执行 的步 跳到 E N D步 ， E N D执行完毕后开 始执行高优先级 别的顺序控制。 3 ． 2防喘振控制 轴流风机在喘振情况下会在短时间内造成设备 事故， 在工作状态下风机控制 系统主要完成工作 点 控制与逆流控制。 3 ． 2 ． 1 工作点控 制 工作点控制就是在任何状态下 ， 如果当前工作 点越过了防喘振线， 则放风阀就按照 P I 运算规律打 开防风阀， 在调节作用下如果工作点 回到 了正常 区 域 ， 则工作点控制系统 自动切换到手动状态下 ， 提示 由用户进行故障分析和手动关 闭放风阀， 为了提高 风机的运行效率 ， 在定风量 、 定风压的工作状态下 ， 工作点会 自动的沿工作 曲线运行 ， 这样会有 比较好 的运行运行效率 ， 节能效果显著 。 3 ． 2 ． 2逆 流检 测与 处理 逆流工况 也是风机工作 中的一个异常情况， 逆流的处理上分为了 4种情况， 列表说明 见表 1 表 1 逆流的种类与处理 逆流持续时间 应该做的处理 A 持续时问小于 I s B 持续时间 1 4 s C 持续 时间 4～9 s D 持续时间大于 9 s 做 报警计数处理 2 0 s 内发生两次则跳车 2 0 s 内发生一 次则进入 自保状态 2 0 s内发生一次则进入 跳车处理 逆流的检测和处理在 C F C当中完成， 首次逆流 发生时程序就开始 2 0 S 监视 ， 根据 2 0 s内检测的结 果去触发相应的顺序控制操作， 完成报警 自保、 或 者跳车。2 0 S 内如果没有发生跳车或者自保类型的 逆流 ， 则程序复 位 B类逆流的计数 ， 重新等待下一 个“ 第一次” 逆流 。 3 ． 3 拨风控制 拨风控制的 目的就是在风机发生意外停车时 ， 由其它风机进行快速 的拨风， 以保证高炉有时问进 行休风 ， 避免大的经济损失。 使用 C F C程序完成风机与管线 配对判断， 使用 S F C程序完成拨风的顺序控制， 拨风控制程序设计 主要考虑故 障在极端情况下减 少对整个 系统 的影 响， 电动风机 的拨风程序设计了四选一单选分支 ， 充 分的考虑了3台风机面临的集 中故障情况 ， 满足 了 功能需求 。 4 结束语 风机控制系统要求非常严谨 ， 在控制环节不能 存在编程漏洞 ， 所以在 9 开发 中除了反复核实编程 过程思路是否 与控制要求存在差距外 ， 在 P C S 7的 使用上也紧跟其设计理念 ， 简化程序结构、 优化实现 方法 ， 完全满足了使用和维护 的要求。 [ 2 ] 参考文献 j u r g e n mu l l e r ．C o n t r o l l i n g w i t h S I M A T I C[ M] ． 北京 人 民邮电出版社 ， 2 0 0 7 ． 黄钟岳 ， 王晓放． 透乎式压缩机 [ M] ． 北京 化 学工业 出版社 。 2 0 0 7 ．