煤氣鼓風機組自動控制系統(tǒng)優(yōu)化

文獻標識碼：B

文章編號：1004-4620（2015）05-0061-02

收稿日期：2015-08-17

作者簡介：張述洪，男，1970年生，1991年畢業(yè)于山東省冶金工業(yè)學校計算機應用專業(yè)；2014年畢業(yè)于北京理工大學軟件工程專業(yè)，碩士。現(xiàn)為濟鋼裝備部工程師，從事設備管理工作。

1　前　言

山鋼股份濟南分公司化工廠煤氣鼓風機是焦爐生產(chǎn)的心臟設施，它肩負著焦爐煤氣處理的重要任務。由于焦爐系統(tǒng)為連續(xù)生產(chǎn)，要求其配套設施必須先進、可靠、穩(wěn)定，以確保焦爐及化產(chǎn)系統(tǒng)的安全生產(chǎn)。目前一系統(tǒng)化產(chǎn)2 #、3 #煤氣鼓風機是德國西門子公司的SL7.0a型單級離心式煤氣風機，控制系統(tǒng)使用的是ABB公司的AC 800F集散控制系統(tǒng)，隨著3 #、4 #焦爐停產(chǎn)，煤氣發(fā)生量從8萬m 3降為5萬m 3，煤氣鼓風機從原來開2臺優(yōu)化為1臺，因此，煤氣鼓風機控制需要進一步優(yōu)化改進。

2　工藝系統(tǒng)簡介

本鼓風機組包括離心式通風機、變速箱、電動機三大部分。輔助系統(tǒng)有輔助油泵、盤車電機、前導葉裝置等。在各連鎖條件滿足的情況下風機采用直接啟動方式，當轉速達到額定轉速時，通過控制前導葉裝置調(diào)節(jié)風機入口導葉開度，以保障焦爐生產(chǎn)要求的初冷前煤氣壓力保持在-1.2 kPa。

潤滑油系統(tǒng)是當風機要正常運轉時，為整臺機組各軸系提供潤滑用油。盤車電機在風機停時，驅(qū)動轉軸，維持傳動系統(tǒng)軸的平衡。前導葉裝置通過控制機構驅(qū)動伺服馬達運轉來調(diào)節(jié)風機入口導葉開度，以達到調(diào)節(jié)風機吸力的目的。

3　控制系統(tǒng)組成

焦爐煤氣鼓風機組自動控制系統(tǒng)采用ABB AC 800F DCS控制系統(tǒng)，其中主要完成系統(tǒng)的電氣控制、控制邏輯的實現(xiàn)，各控制參數(shù)均通過I/O模塊進行采集；設備的集中監(jiān)視與操作通過HMI上的VIS畫面進行，兩臺HMI互為備用，共享操作。

3.1系統(tǒng)硬件配置

自動化控制系統(tǒng)由1個控制器及2個I/O子站組成，其中電氣和儀表各為1個子站；各子站采用ProfiBus DP通信協(xié)議與AC 800F控制器進行通信；控制器通過EI803F以太網(wǎng)模塊與操作員站、工程師站以及其它控制系統(tǒng)進行通信。DCS柜安裝在煤氣風機操作室，現(xiàn)場來的電纜先接入放在風機房配電室的端子柜，再由端子柜接至DCS柜。

3.2系統(tǒng)軟件配置

DCS系統(tǒng)采用Contronll Buid F 9.1編程軟件，運用LD梯形邏輯控制及FBD功能塊相結合的編程方式來實現(xiàn)對各設備的起停和保護，利用FBD功能塊模擬量處理功能來完成模擬量的采集及處理。

上位監(jiān)控軟件采用服務器與客戶機二合一的DigVIS監(jiān)控軟件，運行在WINDOWSXP平臺上，HMI登陸、退出、幫助按鈕，并賦予操作人員不同的操作級別。各類人員根據(jù)不同的權限進行不同的操作，操作人員權利較小，僅能對畫面進行瀏覽操作。

4　系統(tǒng)主要控制功能

4.1輔助油泵控制功能

通過DCS的模擬量采集模塊AI810，將現(xiàn)場采集來的4～20 mA的模擬信號轉換成工程信號，DCS程序?qū)崟r比較檢測的潤滑油壓瞬時量與設定值，通過運算比較，由數(shù)字量輸出模塊DO 810控制潤滑油泵的起停。當潤滑油壓＜0.14 MPa時，1 #（2 #）油泵自動啟動；當鼓風機運行后20 s油泵自動停止，改為軸流油泵自供油。

DCS通過比較實時檢測的潤滑油油箱溫度與液位瞬時值與設定值，當潤滑油箱加熱器自動控制、且液位不低時，油箱溫度＜10℃，電接點溫度計接點接通，加熱器啟動；油箱溫度＞80℃，電接點溫度計接點斷開，加熱器停止。

4.2盤車電機控制功能

盤車電機投入自動時，通過DCS的數(shù)字量模塊DI810及模擬量采集模塊AI810，分別將風機運行信號、轉速信號、油壓信號、軸承溫度信號、定子繞組溫度信號、振動信號、位移信號、開蓋保護信號等采集到控制系統(tǒng)中，在DCS程序內(nèi)部進行判斷。在風機停機狀態(tài)下，油壓不低于0.14 MPa、軸承溫度低于80℃、定子繞組溫度低于95℃、振動小于49 μm、位移＜±0.2 mm、開蓋保護信號未到的情況下，轉速信號小于300 r/s時，程序輸出盤車電機運行命令，通過數(shù)量輸出模塊DO810，控制盤車電機運行。需要停機時，改為手動控制，進行停機操作控制。

4.3吸力調(diào)節(jié)及安全運行功能

根據(jù)工藝情況，要求初冷器前煤氣壓力控制在-1.5 kPa，通過調(diào)整煤氣大循環(huán)管、小循環(huán)管閘閥開度進行煤氣量粗調(diào)，通過PID控制煤氣鼓風機入口導葉開度進行精調(diào)，同時保證煤氣停機時，入口導葉必須關閉，從而保障設備安全。

主要回路調(diào)節(jié)有：2 #和3 #風機初冷器前煤氣壓力調(diào)節(jié)各1個?？刂品绞絾位芈氛{(diào)節(jié)，通過PID控制煤氣鼓風機入口導葉開度進行精調(diào)。因控制參數(shù)初冷前煤氣壓力為負壓，前導葉裝置控制的動作方式為：鼓風機導葉開度增大，初冷器前壓力減?。ㄎψ兇螅还娘L機導葉開度減小，初冷器前煤氣壓力增大（吸力減小），導葉開度調(diào)節(jié)目的是為了維持初冷前壓力在-1.2 kPa左右。

為保證前導葉裝置在自動狀態(tài)不因吸力的異常波動導致焦爐放散或憋停風機的惡劣情況發(fā)生，在程序內(nèi)對PID參數(shù)進行優(yōu)化設定，確保自動狀態(tài)下不出現(xiàn)導葉全開或全關的狀況。

為防止控制系統(tǒng)模塊故障導致前導向裝置指令信號丟失，而造成前導葉裝置關閉，焦爐短時放散的問題發(fā)生，設置前導葉裝置斷線監(jiān)測功能，使導葉電動執(zhí)行結構自動檢測控制指令信號，一旦檢測到指令信號丟失，導葉將保持在現(xiàn)有位置，以此實現(xiàn)控制系統(tǒng)故障狀態(tài)下的煤氣壓力保證。

4.4連鎖保護功能

煤氣鼓風機連鎖保護功能由兩部分組成。1）開機保護功能，主要包括前導葉裝置關到位、潤滑油壓不低于0.14 MPa、潤滑油溫低于55℃、油箱液位許可（開關量）、軸承溫度低于80℃、定子繞組溫度低于95℃、主回路合閘允許（開關量）等。2）運行狀態(tài)下緊急停機保護功能，主要包括潤滑油壓低于0.1 MPa、軸承溫度高于100℃、定子繞組溫度高于130℃、振動大于72 μm、位移＞±0.4 mm、鼓風機入口煤氣溫度高于53℃等。

以上連鎖保護功能均通過DCS的數(shù)字量模塊及模擬量采集模塊采集現(xiàn)場檢測儀表信號，在程序內(nèi)部進行處理，并通過輸出模塊實現(xiàn)遠程控制。

5　結　語

2 #、3 #焦爐鼓風機組現(xiàn)均已投產(chǎn)使用，整套系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。控制功能優(yōu)化改進后，各檢測點準確有效，安全連鎖控制有效穩(wěn)定運行，提高了關鍵崗位、關鍵設備的可靠性與穩(wěn)定性，實現(xiàn)了初冷前煤氣吸力精準調(diào)節(jié)控制，在哪降低系統(tǒng)能耗同時有效減少焦爐煙塵泄漏。完善的安全保護功能有效預防焦爐放散環(huán)保事故，環(huán)境效益與社會效益突出。

Optimization of Automatic Control System for Coal Gas Compressor

ZHANG Shuhong，BIAN Xinliang，SUN Huayu，LIU Chenghui

（Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

Abstrraacctt:: The ABB AC 800F DCS control system was adopted in automatic control for coal gas compressor. The main function is electric control and control logic for gas compressor. Which can realize the auxiliary oil pump control，turning motor control，suction control and safe operation and chain protection，and so on．After optimization，every detection point is accurate，and safety chain control is effective and stable operation，it can meet the demands of equipment control for coal gas compressor.

Key worrddss:: coal gas compressor; distribution control system; chain control function; automatic regulation

經(jīng)濟與管理