高炉鼓风机在线监控系统的设计.pdf

3 3 文章编号 1 0 0 2 6 8 8 6 2 0 0 9 o 6 0 0 3 3 0 3 高炉鼓风机在线监控系统的设计 李其中 贵州省机电研究设计院， 贵州 贵阳 5 5 0 0 0 3 摘要 由于鼓风机的安全、 高效运行对整个生产流程起着非常重要的作用， 因此其监控系统的设计受到过程控制研究者的持续关 注。本文以一台高炉鼓风机为例， 介绍了使用西门子 s 7 3 0 0系列P I E良好实现了对高炉鼓风机的监测与控制， 重点介绍了防 喘振 系统的设计。 关键词 P L C 高炉鼓风机防喘振控制系统防喘振线 中图分类号 T P 3 3 2 ． 3 文献标识码 B De s i g n o f On - l i n e Mo n i t o r i n g S y s t e m o f B l a s t F u r n a c e Bl o we r L I Qi z h o n g Ab s t r a c t R u n n i n g o f t h e b l a s t f u r n a c e b l o w e r i n s a l t y a n d e f f i c i e n c y i s v e r y i m p o r t a n t t o e n t i r e p r o d u c t i o n p r o c e s s ．T h e r e s e a r c h e r s o n p r o c e s s c o n t r o l p a y mo r e a t t e n t i o n o n t h e a u t o ma t i c s y s t e m s ’d e s i g n ．W i t h a a c t u a l a p p l i c a t i o n o f t h e b l a s t f u ma c e b l o w e r ， w e i n t r o d u c e h o w t o a c h i e v e t h e b l a s t f u ma c e b l o w e r ’ s mo n i t o r i n g b y u s i n g t h e s e rie s o f S i e me n s s 7 3 0 0 P L C． e s p e c i a l l y t h e b l a s t f u r n a c e b l o w e r S a n t i s u r g e c o n t r o l s y s t e m． Ke y wo r d s P L C；b l a s t f u r n a c e b l o w e r ；a n t i s u r g e c o n t r o l s y s t e m ； a n t i s u r g e l i n e 为了 适应高炉连续可靠的生产需求 ， 要求高炉鼓风机能 长周期安全稳定运行和及时地处理突发事件生产流程。鼓 风机在工作中会因运行工况不合适而产生喘振现象， 不仅影 响鼓风机本身的安全运行 ， 也可能造成高炉停产、 鼓风机毁坏 等重大事故 ， 严重时甚至造成高炉报废， 给钢铁企业造成巨大 损失。因此 ， 高炉鼓风机监控系统的设计受到过程控制领域 许多研究者的关注 。 ， 其理论研究也受到相关学科学者的 持续不断的兴趣 。 针对某赛尔机泵开发的缸内全静叶可调的鼓风机， 开发 了 P I E 自动控制系统， 不仅能通过调整进气预旋器 ， 达到用 户工况调整需求 ， 而且特有的防喘振控制及机组监测能确保 鼓风机及相关设备的安全可靠经济运行。 1 高炉鼓风机工艺流程 如图 1 所示， 空气经进气过滤室和进 口阀， 由进 口管道 P 入 E l 压力 ；P 出口 力；T 入 口温度 ；B 出 口温度 ；F流量差压 图1 高炉鼓 风机 工艺流程 送入鼓风机 ， 鼓风机对其做功以后经排出风管道送出， 排风管 道分别通向防喘振阀 自动阀和电动阀 和电动送风阀， 当机 组正常运行时， 防喘振阀处于关闭状态，电动送风阀处于全 开状态 ， 将鼓风机排出的空气送往高炉。若鼓风机进入喘振 状态， 则 P L C自 动打开防喘振阀放风 ， 解除鼓风机喘振现象。 2 控制系统简介 控制系统总体构架如图2所示。控制系统核心由两部 分构成 工厂 T业 以太网 图2 控 制 系统示意 图 1 P L C测控系统 采用 C P U一 3 1 4 D P 模块， 辅以若干模 拟、 数字输入／ 输出模块， 实时采集电机、 齿轮箱 、 鼓风机轴承 温度、 进油温度、 振动位移信号 、 鼓风机气动参数等， 并将用户 作者简介 李其 中， 男， 1 9 8 2年毕业于上海理工大学工业与 自动化专业， 现任贵州省机电研究设计院副院长。 收稿日期． 2 0 0 9 63 0 中国机械采购l躅 3 4 从上位机传来的控制命令传至预选器执行机构、 防喘振阀等 被控对象。 2 上位机组态软件系统 将 P L C测控系统采集的实时数 据按照生产实际在上位机进行处理， 合理显示 ， 生成报表， 提 供打印功能等 ， 并可在企业局域网发布， 网络用户使用标准 WE B浏览器实现远程监测监控。 3 控制系统主要功能 控制系统主要功能有 风量／ 压力调节、 防喘振控制 、 机 组主要参数监测及报警和逻辑联锁功能。 3 ． 1 机组主要监测及控制参数 根据不同参数的控制作用级别， 将参数分类管理 1 监 测和控制； 2 监测和报警 ； 3 监测并报警联锁； 4 监测。 1 监测和调整参数 ， 即通过调整相应执行部件， 可改变 鼓风机工作状态 预旋器角度、 防喘振阀等； 2 监测和报警参数， 即危险 性 较高的参数。有各轴承温 度 、 电机定子温度等； 3 监测并报警联锁参数， 危险参数。参数超过高限 或 低限 系统语音报警， 一旦超过超高限 或超低限 ， 则停机联 锁。这类参数有鼓风机轴位移、 鼓风机轴振动、 润滑油压力 等 ； 4 监测参数， 属于工艺关心， 但不会直接造成危险的参 数。如鼓风机进出口、 压力、 温度、 流量、 鼓风机增速箱轴承温 度等。 3 ． 2逻辑联锁功能 为了 保证整个机组 的安全可靠以及启动 、 运行、 事故等 各种状态下的协调统一， 控制系统设置了逻辑控制系统， 它包 括鼓风机启动联锁、 鼓风机停机联锁、 自动 手动 操作 、 润滑 油泵起停联锁等。 3 ． 3风量／ 风压控制系统 流量／ 风压调节主要通过调整预旋器角度来实现。操作 人员通过计算机的操作界面选择风量／ 风压的控制方式 ， 操 作人员设定希望的风量／ 风压， P L C系统根据期望值的大小， 给预旋器执行器 4 m A～ 2 0 i n A的控制信号 ， 调整预旋器角 度， 从而改变鼓风机的风量／ 风压。 3 ． 4防喘振控制系统 3 ． 4 ． 1防喘振控制 系统的组成原则 1 根据鼓风机的特陛曲线设置防喘振线； 2 测量实际运行工况点， 并能判断其位置； 3 防喘振阀门要有良好的调节性能 ， 且在紧急情况下能 快速全开， 同时泄漏量要小； 4 防喘振阀门要有良好的调节性能 ， 且在紧急情况下能 快速全开， 同时泄漏量要小； 5 流量调节阀消除喘振时， 开度应尽可能小， 从而减少 放空所造成的浪费。 3 ． 4 ． 2采取的完善措施 防喘振控制系统是鼓风机运行中一个非常重要的保护 性调节系统。要求其安全 、 可靠、 迅速、 准确， 为此， 除了选择 高质量的防喘振阀外， 在系统设计时， 主要采用了以下关键技 术 1 P I 调节 AeP S 式中 P 为出口压力测量值 ， s 为出口 压力设定值。 P I 属无差调节， 调节精度高。 2 “ 动态校正” 功能 属于非线性 自适应控制， 即可变增益。它的作用在于 喘振动作偏差信号越大 A e P 一 S 越大 ， 调节器的调节作 用越强 、 越快， 从而使调节速度加快。 3 防喘振阀“ 快开慢关” 功能 为了迅速脱离喘振工况 要求调节器在偏差为正时， 送 出较强的信号使防喘振阀迅速打开。但防喘振阀迅速打开 后 ， 喘振现象陕速消失， 又会造成调节器输出偏差为负， 使防 喘振阀立即关小 ， 这样会造成防喘振阀的振荡性开闭动作， 系 统也即变得不稳定。 为了避免这种现象， 除了上面采取的“ 动态校正” 方法 外 ， 调节器中还具有“ 快开慢关” 功能， 避免了防喘振阀门的 震荡。 4 鼓风机监控系统达到的效果 本 P I E控制系统综合了经济、 技术性能指标， 不但考虑 到鼓风机的安全， 更考虑到高炉的正常运行， 在鼓风机允许的 工作条件下实现用户的利益最大化， 对设备的运行状态及故 障进行多信息报警； 对传感器量程零点、 数据存贮周期等实现 了灵活设定等。给用户使用提供了很大方便。 参考文献 [ 1 ]张春梅 ， 陈汝刚， 安卫平等．离心压缩机 防喘振保护 系统的研制 [ J ] ． 流体机械， 2 0 0 1 ， 2 9 2 1 6 1 8 [ 2 ] 王延年． 基于 P L C的高炉轴流压缩机控制系统 [ J ] ． 计算机测量与控 制 ． 2 o o 6 8 1 O 6 2 - 1 0 6 3 [ 3 ] 马晓华， 陶溪． 大型离心式压缩机的防喘振控制 [ J ] ． 西部煤化工， 2 O O 8 ， 2 2 3 2 6 [ 4 ] S u n T a o ， X u G u a n g h u a ， Z h a n g C h u n m e i ， e t a1．I n v e s T i g a t i o n o f F a s t A 1 一 g o fit h m f o r C o r r e l a t i o n I n t e g r a l Me t h o d ． P r o c e e d i n g o f t h e S i x t h I n t e ma - t i o n al C o n f e r e n c e o n I n t e H i g e n t S y s t e m s D e s i g n a n d A p p l i c a t i o n s[ c] ． P i s c a t a w a y， US AI E EE，2 O O 6 7 5 5 - 7 6 0 [ 5 ] 吴云 ， 李应红 ， 张朴．某涡喷发动机压气机 气动失稳过程的非线性分 析 [ J ] ． 航空动力学报， 2 0 0 5 ， 2 0 5 8 9 0 - 8 9 [ 6 ] 孙涛 ， 徐光华 ，张春梅．基 于喘振 频域特性 的失稳预警技 术研 究 [ J ] ． 西安交通大学学报 2 1 3 0 7，4 1 1 l 3 2 1 1 3 2 5 [ 7 ] 李美林 ， 张春梅， 王尚锦 ， 席光．用小波和分维数方法处理喘振实验数 据 [ J ] ．工程热物理学报 ， 2 0 0 2 ， 2