比肖夫通信故障造成頂壓波動案例分析

王永康 房 戈

（安陽鋼鐵公司，河南 安陽 455004）

隨著高爐大型化、高壓化發(fā)展的趨勢，傳統(tǒng)的煤氣清洗工藝已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求。在1969年前西德比肖夫（Bischoff）公司成功開發(fā)的一種具有控制高爐爐頂壓力功能，先進、可靠、有效的煤氣清洗系統(tǒng)。

從高爐重力煤氣除塵器出來的粗煤氣進入比肖夫清洗裝置，經(jīng)預(yù)洗滌器進行一次水噴淋清洗，洗掉了較粗顆粒的煤氣，產(chǎn)生半凈煤氣。然后經(jīng)環(huán)縫洗滌器接受二次噴淋清洗、除濕，最后煤氣流出比肖夫清洗裝置，整個清洗過程完成。

環(huán)縫裝置是比肖夫清洗裝置的主要設(shè)備，也是爐頂頂壓調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)環(huán)縫裝置移動時，就改變了環(huán)縫裝置與煤氣通道的接觸面積，從而改變了高爐煤氣的流通量，也就改變了高爐爐頂壓力。它不僅調(diào)節(jié)了高爐的爐頂壓力，同時也調(diào)節(jié)了煤氣清洗的洗滌效果。所以環(huán)縫裝置不僅要調(diào)節(jié)高爐爐頂壓力，還要調(diào)節(jié)環(huán)縫裝置的差壓，既要保證爐頂壓力，還要保證煤氣洗滌質(zhì)量，在高爐生產(chǎn)中至關(guān)重要。

安鋼2800高爐于2007年建成投產(chǎn)，采用比肖夫裝置控制爐頂壓力，同時配有TRT發(fā)電裝置。

1 控制系統(tǒng)

安鋼2800m3高爐于2007年投產(chǎn)，整個高爐自動控制系統(tǒng)硬件上采用施耐德昆騰系列PLC，軟件上采用Unity2.3編程軟件及Citect6.0組態(tài)軟件，網(wǎng)絡(luò)采用千兆級光纖以太網(wǎng)，將高爐生產(chǎn)區(qū)域PLC、上位機連接起來，組成了穩(wěn)定、可靠的工業(yè)環(huán)網(wǎng)。

以下介紹比肖夫的控制方式，通過兩個PLC完成對環(huán)縫裝置的操作。

一個PLC是本體PLC，在本體PLC中，寫有對環(huán)縫錐開度的PID控制程序，如圖1所示。

在程序中通過頂壓設(shè)定值（SP）與頂壓實際值（PV）的比較，經(jīng)PID運算輸出錐開度對環(huán)縫錐開度進行定位調(diào)節(jié)，以控制錐開度行程。當(dāng)頂壓上升時，PID輸出值增大，環(huán)縫裝置錐開度加大，此時，煤氣流量增大，使得爐頂壓力隨之降低；反之，煤氣壓力減小時，PID輸出值減小，環(huán)縫裝置錐開度減小，此時煤氣流量減小，使得爐頂壓力隨之增大，使爐頂壓力保持在穩(wěn)定的設(shè)定值上，形成PID閉環(huán)控制。

另一個PLC是比肖夫煤氣清洗裝置的PLC，這個PLC中接受到來自本體PLC錐開度的數(shù)據(jù)后，通過4～20mA輸出模板控制環(huán)縫錐開度裝置的執(zhí)行機構(gòu)。

簡言之，一個 PLC負責(zé)發(fā)控制命令，另一個PLC負責(zé)執(zhí)行命令，這也是這座高爐比肖夫裝置控制的特點。

圖1 PID控制程序

2 故障現(xiàn)象

在正常生產(chǎn)過程中環(huán)縫錐開度突然沒有數(shù)據(jù)，顯示“#COM”，高爐壓力的“測量值”有數(shù)據(jù)顯示，如圖2所示。 故障持續(xù)幾秒鐘時間馬上恢復(fù)正常，如此反復(fù)沒有規(guī)律。此時高爐頂壓在故障發(fā)生后出現(xiàn)波動，正常頂壓在210kPa，在故障時頂壓最高到251kPa，最低到190kPa，上下波動50kPa左右，對高爐生產(chǎn)造成了不良影響。

圖2 環(huán)縫截圖

3 故障原因及解決方案

3.1 故障分析

經(jīng)過現(xiàn)場詢問操作人員及觀察，當(dāng)環(huán)縫出現(xiàn)故障顯示“#COM”時，HMI畫面中環(huán)縫的開度值不顯示，但是在本體PLC程序中環(huán)縫調(diào)節(jié)的輸出值由30度一直減小到0；此時環(huán)縫調(diào)節(jié)均為自動調(diào)節(jié)。而且同時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)縫出現(xiàn)故障顯示“#COM”時，HMI上其他畫面的參數(shù)均能正常顯示，沒有出現(xiàn)“#COM”現(xiàn)象。由此分析故障是網(wǎng)絡(luò)中斷造成，但不是所有網(wǎng)絡(luò)中斷，是網(wǎng)絡(luò)中有某個中斷造成這種現(xiàn)象。

在HMI畫面Citect通訊配置中，一共連接了本體、爐頂、熱風(fēng)爐、煤氣清洗四套PLC系統(tǒng)，通訊故障時僅僅是煤氣清洗PLC的數(shù)據(jù)全為“#COM”，其他三套PLC數(shù)據(jù)正常。

以上可以判斷通訊問題出在兩個PLC之間，本體PLC和比肖夫PLC。

3.2 頂壓波動原因

在故障時，頂壓設(shè)定值（SP）大于頂壓實際值（PV）時，PLC程序中PID輸出增大，即環(huán)縫錐開度要變大，此時由于兩個PLC之間的網(wǎng)絡(luò)問題通信中斷，本體PLC中錐開度AG1_MV的輸出值不能傳送給比肖夫PLC，環(huán)縫錐開度的執(zhí)行機構(gòu)不動作，環(huán)縫保持原有開度不變。這時，由于頂壓設(shè)定值（SP）一直大于頂壓實際值（PV），所以在很短的時間內(nèi)環(huán)縫的開度PID輸出值變?yōu)?100%，因為在PID調(diào)節(jié)過程中，閥門沒有響應(yīng)，所以開度值一直增大，直到閥門全開為止。

當(dāng)通信恢復(fù)正常，本體PLC中錐開度的PID輸出值A(chǔ)G1_MV為100%全開狀態(tài)，通過光纖環(huán)網(wǎng)將開度值送給比肖夫PLC，比肖夫PLC控制環(huán)縫執(zhí)行機構(gòu)動作，此時輸出模板輸出電流為最大值20mA，所以執(zhí)行機構(gòu)將環(huán)縫全開，環(huán)縫煤氣流增大，使得爐頂壓力隨之降低，這就造成了爐頂壓力突然減小的情況。

反之情況亦然，頂壓設(shè)定值（SP）小于頂壓實際值（PV）時會造成環(huán)縫開度為 0，頂壓隨之增大的情況。

以上情況分析可以將這次通信故障造成爐頂壓力波動分為三個階段。

1）開始通信故障時，僅僅是錐開度沒有顯示，但是這時的環(huán)縫錐開度沒有動作，保持原來開度值，爐頂壓力基本保持不變。

2）通信故障恢復(fù)初期，環(huán)縫的錐開度迅速從原來的開度變?yōu)槿_或全關(guān)，造成頂壓波動大的事故。

3）通信恢復(fù)后期，頂壓設(shè)定值（SP）、頂壓實際值（PV）經(jīng)過PID運算調(diào)節(jié)后，逐步調(diào)節(jié)環(huán)縫錐開度到正常值，頂壓隨即恢復(fù)正常。

3.3 解決方案

1）通過網(wǎng)絡(luò)拓撲圖的分析，對網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵設(shè)備進行了排查，檢查并更換了PLC到交換機、交換機到交換機之間的網(wǎng)線，確保每個水晶頭接觸良好。

2）在故障情況下，當(dāng)環(huán)縫錐開度顯示為“#COM”時，建議操作人員應(yīng)該將環(huán)縫操作迅速改為手動操作，并手動設(shè)定錐開度值，避免通信恢復(fù)正常時比肖夫錐開度全開或全關(guān)的現(xiàn)象，一定程度上降低了爐頂壓力產(chǎn)生較大波動的情況。

3）在PLC程序中的IO掃描中選擇“保留上一次值”，當(dāng)PLC網(wǎng)絡(luò)通信中斷時，數(shù)據(jù)能夠保持上一次的掃描值不變，避免了因為網(wǎng)絡(luò)中斷所有PLC數(shù)據(jù)全為0的情況，保證了數(shù)據(jù)的延續(xù)性。

3.4 值得注意的問題

關(guān)于比肖夫控制、執(zhí)行的問題。在此次故障中，比肖夫環(huán)縫錐開度的操作僅在高爐值班室，高爐工長根據(jù)生產(chǎn)實際情況在HMI畫面上設(shè)定高爐頂壓，與實際頂壓經(jīng)過PID運算后將錐開度值，通過光纖環(huán)網(wǎng)及數(shù)個交換機后傳輸?shù)絼恿S的 TRT操作室中的比肖夫PLC中，再由比肖夫PLC對錐開度的執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)節(jié)控制，這樣以來出現(xiàn)問題后設(shè)備環(huán)節(jié)比較繁瑣復(fù)雜，對于迅速處理故障問題造成了一定障礙。建議在今后工程建設(shè)時，要以保障高爐正常生產(chǎn)為前提，充分考慮日常運行維護中出現(xiàn)的各種問題，將比肖夫控制PLC與高爐本體PLC合二為一，用一套PLC進行設(shè)定、調(diào)節(jié)、并且控制執(zhí)行機構(gòu)動作，這樣可以避免日常生產(chǎn)中因PLC之間網(wǎng)絡(luò)中斷造成的各種生產(chǎn)故障。

[1] 田濤.過程計算機控制及先進控制策略的實現(xiàn)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007:1-13.

[2] 鄭晟等.現(xiàn)代可編程控制器原理與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2000.