基于有效值法的控制系統(tǒng)溫度聯(lián)鎖保護(hù)在紅鋼的應(yīng)用

徐立榮

（昆明鋼鐵集團(tuán) 紅河鋼鐵有限公司，云南 蒙自661100）

隨著工業(yè)自動化發(fā)展及節(jié)能降耗需求愈來愈迫切，控制系統(tǒng)能否按照設(shè)計預(yù)期安全穩(wěn)定的的運(yùn)行以滿足正常生產(chǎn)的需要已經(jīng)是每個控制系統(tǒng)技術(shù)人員的共同追求。而控制系統(tǒng)的斷線保護(hù)問題一直困擾著廣大的控制人員，由于設(shè)計和維護(hù)之間存在一定的鴻溝，要想徹底地解決控制系統(tǒng)斷線誤動作聯(lián)鎖事故的發(fā)生，必須是經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計編程及維護(hù)人員在實踐中的不斷完善才能讓控制系統(tǒng)更加優(yōu)化以滿足連續(xù)安全穩(wěn)定生產(chǎn)的根本要求。目前紅鋼大型設(shè)備較多，以高爐風(fēng)機(jī)為例說明，如果高爐風(fēng)機(jī)事故，動輒都是數(shù)十萬，甚至是上百萬的經(jīng)濟(jì)損失，如何保證高爐風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行成為了高爐安全運(yùn)行的重中之重，其他的大型設(shè)備也如此，比如轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)、主抽風(fēng)機(jī)、軋鋼精軋機(jī)、制氧空壓機(jī)等等。

1 常見控制系統(tǒng)斷線保護(hù)處理

PLC的CPU是整個控制系統(tǒng)軟硬件的核心，一般的控制器在完成基本數(shù)據(jù)信號處理時，具有靈活的報警處理和質(zhì)量碼功能，雖然每個廠家生產(chǎn)的控制系統(tǒng)都有各自的質(zhì)量碼，但總體上只是滿足基本的控制要求。通常是通過對過程點的傳感器和高低限的檢查，系統(tǒng)的測點在遇到斷線時都能第一時間反應(yīng)出來，當(dāng)現(xiàn)場儀表斷線時，質(zhì)量碼置位以方便報警和讓用戶自動切除聯(lián)鎖，防止誤動作的發(fā)生。但是生產(chǎn)廠家考慮的只是基本的保護(hù)措施，現(xiàn)場使用的時候還要看具體情況，由用戶自己進(jìn)行優(yōu)化編程處理，比如接觸不良就是一個非常大的控制系統(tǒng)安全隱患。目前常規(guī)控制系統(tǒng)提供的斷線質(zhì)量碼無法滿足現(xiàn)場大型設(shè)備的安全要求，這就要求我們要結(jié)合現(xiàn)場情況，對斷線保護(hù)法就行優(yōu)化改造以達(dá)到滿足工業(yè)安全生產(chǎn)的需求。

2 新型斷線保護(hù)法

每個聯(lián)鎖控制點的數(shù)據(jù)采集，在設(shè)計初期，我們都是希望測量的值是在合理的范圍內(nèi)的波動，甚至是希望不要出現(xiàn)波動，但實際情況遠(yuǎn)非我們的設(shè)計初衷，尤其是設(shè)備及測量儀表老化后，比如接觸不良，設(shè)備突然收到外部信號的干擾等等，如何有效快速的分辨出信號的真假，既達(dá)到保證工聯(lián)鎖保護(hù)的有效動作，又要避免誤動作的跳機(jī)的發(fā)生就顯得非常重要，通過以上常規(guī)斷線保護(hù)方法的描述可以看出，常規(guī)斷線保護(hù)無法完成對接觸不良，甚至是時間較長的干擾信號的合理取舍，在事故分析過程中，往往把這些事故原因歸結(jié)為操作失誤，維護(hù)不到位等等，事實上，經(jīng)過多次實驗測試就現(xiàn)場調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，通過實驗及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的合理采集處理，能有效避免聯(lián)鎖誤動作的發(fā)生。值得一提的是，有效值法需要的有效值不是靠憑空的來的，需要大量的實驗數(shù)據(jù)采集，還要結(jié)合具體設(shè)備進(jìn)行測試后選擇這種辦法總結(jié)得出。

2.1 問題的提出

本文論述的設(shè)計依據(jù)是Pt100測量溫度時主要是利用電阻隨溫度的變化近似線性的變化來實現(xiàn)對溫度的測量，但在實際使用過程中會經(jīng)常出現(xiàn)因維護(hù)不到位、設(shè)備老化、人為誤操作等影響電阻的大小間接影響溫度測量值導(dǎo)致事故的發(fā)生。在控制系統(tǒng)中，要解決這類型的外部干擾，如何界定電阻信號的真假顯得非常重要。課題就是利用實驗數(shù)據(jù)結(jié)合實際情況對控制系統(tǒng)溫度聯(lián)鎖點進(jìn)行優(yōu)化控制，控制系統(tǒng)優(yōu)化后達(dá)到設(shè)計預(yù)期，完全滿足實際生產(chǎn)需要。其他常見的數(shù)據(jù)信號也可以采用類似的方式就行處理。下面進(jìn)行簡單的介紹，由于設(shè)計到部分技術(shù)保密，不做詳細(xì)闡述。

2.1.1 測試總趨勢圖介紹

圖1

圖2

圖1是溫度變化總的趨勢圖，從圖中可以看出，分別用了兩個溫度測點，紅色的測點為溫度經(jīng)過變送器后輸入控制系統(tǒng)，黑色測點為直接把測量電阻輸入控制系統(tǒng)。其中分兩次進(jìn)行了升溫測試，一次是25-85℃（介質(zhì)為水），一次是85-122℃（介質(zhì)為油），兩次升溫過程是溫度測量的自然升溫，即高溫源恒定，讓測量探頭測溫自然變化。接觸不良測試進(jìn)行多次測試，每種測量方式各進(jìn)行一段時間測試。

2.1.2 常規(guī)升溫曲線介紹

圖2為常規(guī)升溫曲線圖，比上圖進(jìn)行了稍微放大，并標(biāo)注了具體時間，從圖上可以看出，兩種測量方式，溫度從投入高溫的測量介質(zhì)水和油中后，溫度升高40攝氏度需要2-3分鐘不等。

2.1.3 兩種測量方式的接觸不良趨勢介紹

從圖3-圖4中可以看出，在探頭接線出現(xiàn)接觸不良時溫度的變化并不是直線上升的（不同于斷線），而是有1-4秒的變化過程，正是這個過程會給控制系統(tǒng)信號采集帶來災(zāi)難性的后果。常規(guī)控制系統(tǒng)無法識別這種變化過程，只有人為干預(yù)才能避免事故的發(fā)生。

圖3

圖4

圖5

仔細(xì)看以上四個圖不難看出，溫度測量的正常溫度變化和接觸不良及測量探頭斷線都是有自己的鮮明特征的，最大的不同是不同設(shè)備之間會存在一定的差別，這就需要大量的實驗數(shù)據(jù)結(jié)合實際生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行人為干預(yù)才能避免生產(chǎn)事故的發(fā)生。該方法主要是采用有效值法結(jié)合控制系統(tǒng)程序?qū)y量點溫度采集進(jìn)行合理取舍，自動判定數(shù)據(jù)的真實性，如果出現(xiàn)接觸不良或斷線時自動切除聯(lián)鎖并輸出聲光報警提醒技術(shù)人員及時處理。該方法已經(jīng)經(jīng)過大量實驗后投入到紅鋼動力能源廠主要風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中使用，效果明顯，達(dá)到了設(shè)計預(yù)期，完全滿足安全生產(chǎn)的需要。

2.2 控制原理圖（見圖5）

來自現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)經(jīng)過初步數(shù)據(jù)處理（常規(guī)數(shù)據(jù)處理）后提供上位機(jī)顯示報警使用及提供給有效數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行二次數(shù)據(jù)處理，二次數(shù)據(jù)處理模塊中需要進(jìn)行有效值參數(shù)的設(shè)定（根據(jù)實驗數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)綜合設(shè)定），處理后的數(shù)據(jù)再進(jìn)行聯(lián)鎖動作的判斷，異常數(shù)據(jù)輸出報警的同時，再經(jīng)過濾波處理后提供給二進(jìn)制質(zhì)量碼指令供控制系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)自動投入/切除聯(lián)鎖使用。

2.3 有效值法的效益分析

該控制系統(tǒng)優(yōu)化方法適合各型控制系統(tǒng)，有良好的安全收益和社會效益。該控制系統(tǒng)溫度聯(lián)鎖優(yōu)化方法經(jīng)過嚴(yán)格實驗測試后投入1#2#3#高爐風(fēng)機(jī)、1#2#3#主抽風(fēng)機(jī)、1#2#3#轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)，投入生產(chǎn)實踐一年多，使用效果明顯，沒有因溫度測點接觸不良導(dǎo)致控制系統(tǒng)聯(lián)鎖誤動作停機(jī)事故的發(fā)生。目前三大風(fēng)機(jī)保守設(shè)置的有效值區(qū)間為50℃，相比實驗數(shù)據(jù)40℃稍微有所提高 （從保護(hù)設(shè)備角度考慮），延時時間1-5秒不等，優(yōu)化后既能滿足保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備安全需求，又能保證設(shè)備能正常聯(lián)鎖動作的要求，完全符合生產(chǎn)實際需要。3套高爐風(fēng)機(jī)間接收益=120萬×15%×0.15%×365×3=29.56萬元，主抽風(fēng)機(jī)、轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)收益風(fēng)險要偏少很多，間接收益=2萬×10%×0.1%×365×6=4380元。推廣使用后，將大大降低設(shè)備設(shè)備事故率，有效減少不必要的事故停機(jī)時間，減少不必要的成本支出，間接起到降本增效的目的，為公司的發(fā)展做了基礎(chǔ)貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語

控制系統(tǒng)優(yōu)化控制以達(dá)到更為理想化的控制是我們每個控制技術(shù)員的共同追求，如何有效的對控制系統(tǒng)中的各數(shù)據(jù)進(jìn)行合理有效的取舍是一項非常重要的工作。有效值法能把錯誤信號、假信號、干擾信號、接觸不良信號有效濾除，既保證控制系統(tǒng)安全保護(hù)聯(lián)鎖的有效動作，又能保證不出現(xiàn)誤動作的發(fā)生，值得改進(jìn)和推廣。