大功率高压SO2风机控制系统改造.pdf

第 2 O 卷第 1 期 2 0 0 4 年 2月 湖南有 色金属 HUN AN NON F E R ROU S ME T AL S 4 3 计算机应用 大功率高压 S O 2 风机控制系统改造 彭晋中 株洲冶炼集团有限责任公司， 湖南 株洲4 1 2 0 0 4 摘要 介绍了利用可编程控制器和计算机技术对大功率 s O 风机控制系统的改造， 内容包括控制 方案 、 系统软件方案、 系统功能以及问题和对策。 关键词 S O 2 风机 ； P L C ； 工控机 ； 触摸屏 ； P r o fi b u s D P ； MP I 中图分类号 T P 2 7 3 ， 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 5 5 4 0 2 0 0 4 0 1 0 0 4 3 0 3 在冶金、 化工等行业， 高压风机是关键生产设 备。如在冶金烟气制酸工艺流程中， S O 高压大功 率风机能否正常运行， 直接影响整个生产工艺流程， 而高压风机的控制系统是风机正常运行的保障。某 厂在冶金烟气制酸过程中， 采用 了 1 0 k V ／ 1 9 0 0 k W 的德国风机， 但其控制系统却为继 电器加数字仪表 方式 ， 接线复杂， 维修、 操作都比较困难 ， 加之元件逐 渐老化 ， 多次影响到风机和生产的正常运行， 因此需 要对控制系统进行改造。 1 控制系统方案及构成 1 ． 1 控制方案 S O 2 风机运行过程 中， 其 电动机前后轴承温度、 电动机三相定子绕组温度 共 3个测点 、 四个增速 箱齿轮轴承温度、 三个风机轴承温度、 风机轴承振动 值 、 液力偶合器油温以及液力偶合器油压等， 这些参 数的检测和控制直接影响着 S O 2 风机的正常运行。 原控制系统是采用大量继 电器进行控制 ， 由于长时 间连续运行 ， 继 电器等元件已逐渐老化， 多次发生故 障， 并影响风机 的正常运行。而系统又无风机故障 信号保持功能 ， 检查处理故障的时间较长， 影响到生 产流程的正常运转。加上 S O 2 风机现场环境较差 ， 且干扰信号较强。为此选用西门子 s 7 3 0 0可编程 控制器取代继电器控制系统， 采用威达工控机作为 主控室操作站， 采用台达 P S W一1 7 1 1 触摸屏分别操 作风机风门开度和液力偶合器， 并对所有轴承温度、 电机绕组温度 、 油温、 油压、 油位 、 液力偶合器位置、 风门位置以及油过滤器油压等参数进行显示、 记录 作者简介 彭晋中 1 9 6 2 一 ， 男 ， 助理工程师。 和报警。S O 2 风机的控制系统采用 自动和手动控制 两种控制方式， 只有 自动控制部分发生故障时才进 行手动控制。 1 ． 1 ． 1 自动控 制 自动控制 主要是指电动机、 增速齿轮箱及风机 关键部位的温度控制、 辅助油泵开停控制、 过滤器油 压控制和风机轴承振动控制。当铂热电阻检测到电 动机、 齿轮箱及风机轴承温度≥9 0 c I 时， 系统发出声 光报警， 若温度 ≥1 0 0 oC时， 则控制系统将连锁 1 0 k V电源断路器跳闸。同样 ， 电动机三相定子任意绕 组温度 ≥1 4 0 oC 时， 系统发出声光报警 ， 若温度≥1 4 5 ℃， 则控制系统将连锁 1 0 k V电源断路器跳 闸。风 机在预备启动过程中， 控制系统 自动启动辅助油泵， 同时启动加热器对油进行加热， 当入 口油压 ≥0 ． 1 2 MP a 、 油温≥2 5℃时， 控制系统发出允许启动风机信 号 ， 风机启动后控制系统延时断开辅助油泵； 风机在 运行过程 中， 入 口油压 0 ． 1 2 MP a 时 ， 控制系统 自 动启动辅助油泵 ； 风机手动停车或故障跳闸后， 控制 系统立即 自动启动辅助油泵 ； 当液力偶合器油压 ≤ 0 ． 0 8 MP a 时， 系统发 出声光报警 ， 当液力偶合器油 压≤0 ． 0 6 MP a 时， 控制系统将连锁 1 0 k V电源断路 器跳闸； 当风机轴承振动值 ≥7 mm ／ s 时， 系统发出 声光报警， 当风机轴承振动值 ≥1 0 mm ／ s 时 ， 风机轴 承可能有较严重的损伤或风机叶轮沾灰严重， 则控 制系统将连锁 1 0 k V电源断路器跳闸， 以便及时进 行故障检修和叶轮清灰。 1 ． 1 ． 2 手动控制 控制系统正常的情况下， 风机入 口风门开度、 液 力偶合器的调节， 可以在主控室计算机上或在现场 维普资讯 湖南有 色金属 第 2 O卷 触摸屏上进行手动操作， 来调节 S O 2 烟气流量大小， 以及在主控室计算机上手动进行声光报警系统的试 验和解除。风机的 1 0 k V断路器通过现场转换开关 进行手动跳合闸。考虑到 S O 2 风机是生产流程中的 单一设备， 在自动控制系统出现故障的情况下， 系统 可不停电倒换为手动控制方式， 进行手动操作启动 风机或维持风机运行， 但此时风机的各运行参数需 人工监视。 控制系统上位机是通过 MP I 总线与 P L C进行 通讯， 而触摸屏是通过 P r o fi b u s D P总线与 主从 P L C进行通讯 ， 主从 P L C之间也是通过 P r o f i b u s D P总线进行通讯。MP I Mu l t i P o i n t I n t e r f a c e 网 络是一种令牌 总线式对等网络， 其物理介质是 R s 4 8 5 。利用 MP I 网可以建立 P L C到 P L C或 P L C 到 P C之间的通讯 ， 通讯速率可达 1 8 7 ． 5 k b p s ， 编程 器通过 MP I 网给 P L C编程。 I ． 2 系统软件方案 系统的监控／ 组态软件采用“ 组态王” 软件 ， 它是 建立工业控制对象人机接 口的一种智能软件包， 运 行于 w i n 9 8 ／ NT中文平台上。采用“ 组态王” 开发应 用程序， 可运用 P C丰富的软件资源提高编辑效率。 “ 组态王” 软件包由工程浏览器和画面运行系统两部 分组成， 可单独使用 ， 又相互依存。首先在开发环境 下设计出图形界面， 构图时可以利用系统提供的图 形对象完成画面生成 ， 然后构造数据库 ， 它是组态软 件的核心， 定义变量名 、 变量类型和动画连接， 将图 形界面下的图形对象与数据库的数据变量之间建立 对应关系。“ 组态王” 的命令语言是一种类似 c语言 的程序， 它包括应用程序命令语言、 热键命令语言、 事件命令语言和变量改变命令语言。“ 组态王” 通过 串行口与 P L C进行通讯、 访 问 P L C的相关寄存器 ， 以获得 P L C所控制设备的状态或修改软件寄存器 的值。例如 ， 本系统的管理和开发是 由“ 组态王” 的 工程浏览器完成， 它将画面制作系统中的 S O 2 风机 监控系统运行图， 风门控制实时图、 偶合器控制实时 图、 油泵控制实时图， 风机运行的各测点温度、 压力、 差压的历史资料和趋势曲线， 实时报警记录、 故障记 录、 控制系统模块断线查询， 以及 P L C的驱动程序 管理、 数据报告、 命令语言等进行集中管理。 在 S O 2 风机控制系统正常运行时， 温度信号通 过 P L C模拟量输入模块进入其相关寄存器， 而“ 组 态王” 则通过串行口访问该寄存器， 并将获得的数据 存人其数据库中。如电机绕组温度的变化， 由事件 命令程序监测， 命令语言将与报警上限值 1 4 0℃ 进 行比较， 当电机绕组温度值上升到设定报警上限 1 4 0 o C 时， 系统就会发出报警信号， 该温度值如果 继续升高达到 1 4 5 c I 时， 工控机将执行一条循环3 s 的延时程序， 延时程序运行完后， P L C将连锁风机高 压回路跳闸。“ 组态王” 软件使用图画制作系统， 可 产生与过程控制设备相对应的动画， 形成流程图。 根据流程图的位号绘制出风机运行参数显示窗口， 其中包括过程变量的给定点、 输出点以及报警点等。 系统还对各项数据产生报表， 确定报警优先级进行 报警管理。工控机与“ 组态王” 相结合， 既具有下位 机的控制功能， 又有上位机的管理功能， 从而实现 “ 管控一体化” 。 1 ． 3 控制系统构成和配置 控制系统具体配置如下 开关量输入模块 D I S M 3 2 1 1 块 开关量输出模块 D O S M 3 2 2 1 块 模拟量输入模块 A I S M 3 3 1 4块 热电阻输入模块 A I S M 3 3 1 2 块 电源模块 P S 3 0 7 2 块 C P U 3 1 5 2 D P 1 块 通讯模块 I M1 5 3 1 块 威达工控机 P Ⅲ7 0 0 、 1 2 8 R A M、 1 0 G H D 一台 触摸屏 台达 P S M一1 7 1 1 一块 “ 组态王” 软件 一套 风机控制系统结构图如图 1 所示。 图 1 风机控制系统结构 图 2 系统功能 2 ． 1 控制功能 系统能够根据 s O 2 风机的运行参数， 如电机三 相绕组温度、 所有轴承温度、 油温、 油压、 轴承振动值 维普资讯 第 1 期 彭晋 中 大功率高压 S O 2 风机控制系统改造 4 5 等， 对 s O 2 风机进行启动 、 停止和故障跳闸控制。 2 ． 2 显示功能 能显示 S O 2 风机 的运行流程图面、 温度趋势曲 线画面等六个动态画面 ， 使岗位操作人员及时了解 风机各部位工作情况 以及油路循环 系统的工作状 况， 同时温度 、 压力、 风门开度、 偶合器偶合度和轴承 振动值都能通过控制界面显示在流程图中； 风机发 生故障时， 即时跳出故障显示界面， 以文字的方式显 示故障内容、 故障时间， 帮助操作人员及时判断和处 理问题。 2 ． 3 操作功能 在控制界面显示的基础上 ， 操作人员可在人机 界面上进行风机风 门开度和偶合器的调节 ， 在线变 量显示时， 能够改变设定数值和状态； 在控制系统出 现故障时， 可对 s O 2 风机进行手动操作。 2 ． 4 报警功能 当工控机检测到报警信号后， 所有的操作都能 读到， 报警采用声光两级。如风机轴承温度超过所 设定的上限值时， 工控机发出声光报警， 提醒操作人 员风机发生故障， 需检查处理。 2 ． 5 记录功能 系统能对电机三相绕组温度、 所有轴承温度、 油 温、 油压 、 轴承振动值等的历史数据 、 故障数据和风 机的开停时间、 次数进行记录， 并能对历史数据进行 查询和报表打印。 3 问题及对策 1 ． 控制系统通过改造后 ， 运行过程中多次在轴 承温度、 电机绕组温度等控制 回路上出现较大幅值 的高次谐波干扰， 使 S O 2 风机跳闸。经过检查分析 ， 是一条和控制电缆同沟的带有整流负载的 1 0 k V高 压电缆线上的高次谐波偶合到风机控制系统所至。 将所有模拟量输入电缆及风机控制信号电缆从电缆 沟中移至较远距离， 并进行穿管敷设 ， 做好屏蔽接 地。经过技术处理后， 故障排除。 2 ． 为 了避免其它意外干扰源对控制系统的影 响， 将源部分控制信号进行延时处理或只作报警信 号 ， 如电机三相绕组温度。 3 ． 操作人员要求能够在主流程画面中更直观地 了解 S O 2 风机各部位 的运行状况。通过修改程序 ， 在主流程画面中增加风机各部位运行状态的文字描 述 ， 如风 门控制正常、 油压正常、 风机允许启动等。 即计算机根据检测到的模拟信号和开关信号与设定 值比较后 ， 用文字描述的方式显示。 4 ． 根据现场要求， 在主流程画面中增加五台其 它设备的运行状态动画显示。 4 结语 采用工控机和可编程控制器构成的管控一体化 系统 ， 对大功率高压 S O 2 风机进行改造后 ， 系统抗干 扰能力大大增强、 控制系统的可靠性和稳定性进一 步提高 ， 从而使 S O 2 风机故障率大幅度降低 ， 确保了 生产的正常进行。 收稿日期 2 0 0 3 1 0 2 2 Th e Co n t r o l S y s t e m Re f o r m o f La r g e Po we r a n d Hi g h Vo l t S O2 Bl o we r P ENG J i n z h o n g Z h u z h o u S m e l t e r G r o u p C o ． L t d ， Z h u z h o u 4 1 2 0 0 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c s t h e r e f o r m o f S0 2 b l o we r c o n t r o l s y s t e m u s e d P LC a n d c o mp u t e r t e c h n i q u e ， i n c l u d e c o n t r o l p l a n 、 s y s t e m s o f t wa r e p l an 、 s y s t e m f u n c t i o n p r o b l e m a n d me a s u r e ． Ke y wo r d s S 02 b l o we r ；PLC；I PC；t o u c h s c r e e n ；P r o f i b u s DP；MPI 维普资讯