PLC 在汽輪鼓風(fēng)機控制系統(tǒng)上的應(yīng)用

張 磊

（1.河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067001；2.河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067001）

其中部分汽輪鼓風(fēng)機組主要運用的是自動化的控制系統(tǒng)，并且由兩組控制系統(tǒng)集于一身，包括：汽輪機調(diào)速系統(tǒng)控制器和風(fēng)機控制器，前者的主要作用為調(diào)控汽輪機的轉(zhuǎn)動速度，后者的主要作用為調(diào)控風(fēng)機出口處的風(fēng)壓與出風(fēng)量、還能夠調(diào)控放風(fēng)閥與逆流閥，進(jìn)而達(dá)成風(fēng)機自身防止逆流和防止喘振保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)。但是這兩組調(diào)控系統(tǒng)的構(gòu)造和運行均是各自獨立的，在協(xié)調(diào)性上有待提升。

1 高爐鼓風(fēng)機控制系統(tǒng)簡述

高爐冶煉重點指的是利用催化劑在極高的溫度中把礦石材料轉(zhuǎn)化為鋼鐵材料，因為在體積上過于龐大，所以在操作期間就提升了對于壓力和溫度的標(biāo)準(zhǔn)，這時的鼓風(fēng)機便成了操作過程中的中間樞紐。鼓風(fēng)機運行的正常與否會對鐵水和鋼水的生產(chǎn)以及壓力支撐等活動帶來直接影響，如果風(fēng)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，就極易使得礦石燃料墜落而后固結(jié)在爐體中，最終導(dǎo)致出現(xiàn)高爐灌渣的情況，給企業(yè)造成較高的經(jīng)濟虧損。優(yōu)質(zhì)的控制系統(tǒng)能夠充分確保鼓風(fēng)機的順利穩(wěn)定運行，當(dāng)前，主要將PLC 流程控制程序運用在高爐鼓風(fēng)控制系統(tǒng)中，其主要作用為能夠針對鼓風(fēng)機實施連續(xù)監(jiān)控、流程監(jiān)控以及邏輯監(jiān)控等。其中的連續(xù)監(jiān)控重點是對風(fēng)壓和風(fēng)量實施控制工作；而邏輯監(jiān)控重點是針對鼓風(fēng)機的機組開啟情況實施安全防范、連鎖功能以及緊急關(guān)停等功能實施控制；其中的過程監(jiān)控重點是指針對鼓風(fēng)機的運轉(zhuǎn)流程實施全方位、全過程的監(jiān)督控制，實時找出其中存在的問題并加以處置。在鼓風(fēng)機的機組中會關(guān)系到很多類型的電氣設(shè)施，并且操控起來也十分繁瑣，而利用PLC 流程監(jiān)控程序，便能夠?qū)⒎爆嵉牟僮髯兊酶颖憬?，不但能夠有效提升作業(yè)的成效，還能夠在出現(xiàn)突發(fā)情況時進(jìn)行及時應(yīng)對，以免形成重大事故。

2 常見干擾分析

第一，代表數(shù)據(jù)的曲線顯示不夠明確、偶爾會產(chǎn)生尖波震蕩的情況、曲線的走勢和實際情況不符。這些問題均是由電磁輻射影響得來的。如果將PLC 系統(tǒng)布控在射頻場中，便會遭受輻射的影響，而這種影響重點從這兩點出發(fā)：①系統(tǒng)中的輻射，通過電路感應(yīng)帶來影響；②系統(tǒng)信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，通過信息聯(lián)通的線路感應(yīng)帶來影響。輻射影響和場地中設(shè)施的布控還有設(shè)施形成的大小不一的電磁場，尤其是和頻率都有很大關(guān)聯(lián)，通常會利用布控屏蔽電纜與PLC 局部屏蔽還有高壓泄放元件的方式開展維護(hù)工作。

第二，回路處于開路情況中或者數(shù)據(jù)顯示滿量程的不正常狀態(tài)。這些問題通常是因為差模和共模電壓導(dǎo)致的，甚至?xí)?dǎo)致模件產(chǎn)生損壞現(xiàn)象。共模影響屬于信號對地時的電位差，重點是由地電位差、電網(wǎng)串入和空間電磁輻射等共同在信號線中構(gòu)成的電壓導(dǎo)致的。有些時候共模的電壓會比較高，尤其是在運用隔離效果不高的配電器進(jìn)行供電活動時，由變送器傳送訊號的共模電壓大都不低，甚至最高可超過130 瓦。共模電壓利用不對稱的電路能夠轉(zhuǎn)化為差模電壓，干擾到測控的訊號，導(dǎo)致元部件出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，此類的共模影響可以是交流的、也可以是直流的。

第三，控制程序的數(shù)據(jù)混亂、邏輯運算混亂、程序忽然遺失、死機等。此類情況大都是由于接地系統(tǒng)雜亂導(dǎo)致的影響。在控制程序中的地線包含了：交流地、系統(tǒng)地、保護(hù)地以及屏蔽地等。接地程序的雜亂影響到控制程序重點是因為每個接地點的電位布控不夠均衡，在各個接地點中均有地電位差的情況，導(dǎo)致地環(huán)路電流的情況出現(xiàn)，進(jìn)而干擾了程序的順利運行。如果系統(tǒng)地和各種接地之間的關(guān)系設(shè)置的不夠合理，這時形成的地環(huán)流就極易在地線中構(gòu)成不均衡的電位分布，干擾了程序中模擬電路與邏輯電路的順利運行。極易干擾到PLC 數(shù)據(jù)存儲與邏輯運算的是邏輯地電位的布控影響，會容易產(chǎn)生程序丟失、數(shù)據(jù)雜亂和死機的情況。模擬地電位的布控情況會降低量測的精準(zhǔn)度，導(dǎo)致對訊號的量測失去精準(zhǔn)度，在控制上形成誤操作。

3 PLC在汽輪鼓風(fēng)機控制系統(tǒng)上的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)要求

當(dāng)前，控制系統(tǒng)大致由兩部分構(gòu)成，分別為：手動操作控制系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)，這兩部分在分工協(xié)作的過程中可以達(dá)成需要的控制標(biāo)準(zhǔn)。按照軸流鼓風(fēng)機的開啟流程、正常運轉(zhuǎn)流程和外部對于汽輪機的規(guī)定，控制程序必須達(dá)成下述幾點要求：第一，達(dá)成開啟條件：包括調(diào)節(jié)油壓、動力油油壓以及潤滑油油壓，另外還應(yīng)該確保風(fēng)機的靜葉是關(guān)停的、放空閥是開啟的、止回閥也是關(guān)停的、而逆流實驗的開關(guān)應(yīng)該是在原來位置上的，真空達(dá)標(biāo)、軸位移正常、機組運行正行等。第二，根據(jù)外方設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)鼓風(fēng)機運轉(zhuǎn)期間遭遇以下幾個問題的其中之一時會出現(xiàn)死機：風(fēng)汽機軸位置移動太大、風(fēng)汽機軸振動幅度過大、潤滑油的壓力不達(dá)標(biāo)、調(diào)節(jié)油的壓力不達(dá)標(biāo)、汽機速度過高保護(hù)跳閘、手動緊急停機、排汽溫度過高、排汽壓力過高、持續(xù)逆流等均會導(dǎo)致出現(xiàn)停機情況。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

相應(yīng)的鼓風(fēng)機PLC 監(jiān)控程序重點是由上位機組態(tài)與底層PLC 共同構(gòu)成的，底層PLC 重點是采用目前運用最為廣泛的西門子系統(tǒng)模塊，型號為S7-300，按照場地中的信號數(shù)量和類型，設(shè)置N 個模擬量輸入AI 模塊對壓力、溫度、轉(zhuǎn)速以及流量等模擬信號進(jìn)行接收，設(shè)置八通道的模擬量輸出AO 模塊，主要用在操控各種閥門的開度、液力耦合器的轉(zhuǎn)動速度等執(zhí)行訊號的傳輸，其中的數(shù)字量傳輸?shù)腄O 模塊和DI 模塊重點用在電氣設(shè)施的啟動和關(guān)停信號上、啟停量報警點等數(shù)據(jù)訊號的傳輸。上位機則選的系統(tǒng)為西門子WinCC7．0，同時還要裝配Step7V5．5SIMATICManager 軟件，主要用在對PLC 執(zhí)行系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和保護(hù)上，各種現(xiàn)場模擬與數(shù)字訊號都是利用帶有斷電保護(hù)功能的繼電器和變送器維護(hù)以后進(jìn)到有關(guān)的模塊通道中，以免現(xiàn)場的噪音形成影響，保證信號的穩(wěn)固可靠性。

利用下述幾項優(yōu)質(zhì)的系統(tǒng)設(shè)計方案，有效提升了程序的運轉(zhuǎn)成效，提升了設(shè)備的抗造性與靈便性。第一，程序配置的合理性。重點利用PLC 來執(zhí)行此系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，利用WinCC 來執(zhí)行模擬量的預(yù)警判斷與遠(yuǎn)程操控權(quán)限的管控，以有效提升PLC系統(tǒng)的執(zhí)行速度和質(zhì)量，保證在出現(xiàn)問題時能夠及時做出反應(yīng)。第二，良好的抗干擾性。為了消減掉現(xiàn)場環(huán)境中不利因素極易造成的影響，不但需要選出優(yōu)質(zhì)的檢測儀器，還應(yīng)該在模擬量轉(zhuǎn)變的流程中設(shè)置上軟件濾鏡波功能，更好的消減掉訊號移動極易形成的帶有影響性的信號。只有把連續(xù)性強、穩(wěn)定性強的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)記錄到系統(tǒng)中，才能預(yù)防因為漂移的信號致使鼓風(fēng)機出現(xiàn)誤停機的情況。第三，測點斷線檢測功能。鼓風(fēng)機在出現(xiàn)震蕩期間，極易導(dǎo)致監(jiān)測點出現(xiàn)斷線的情況，設(shè)置上能夠檢驗斷線的功能，在出現(xiàn)斷線情況時，上位機能夠登記與顯示出斷線之前的數(shù)據(jù)，同時將斷線的提示傳輸?shù)讲倏卣咛?，方便操控人員盡快找出問題所在，確保程序的順利運轉(zhuǎn)。

3.3 汽機調(diào)速系統(tǒng)

利用Woodward 企業(yè)的型號為505 的調(diào)節(jié)器完成汽機轉(zhuǎn)動速度的調(diào)整，505 工作場地中來的兩路轉(zhuǎn)速訊號以后和設(shè)定轉(zhuǎn)動速度對比以后，經(jīng)過PID 調(diào)整以后傳輸出一路4mA ～20mA 訊號給調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動速度的電磁閥，在轉(zhuǎn)化大小電流的過程中轉(zhuǎn)變調(diào)速汽門的開度，而后控制好蒸汽的進(jìn)入量，完成操控轉(zhuǎn)速的目標(biāo)。此外，在此汽輪機組中還配置著PROTECT203 這一型號的超速維護(hù)程序，在203 收到的三路轉(zhuǎn)速訊號內(nèi)包含兩個超速的訊號時，就輸出訊號到505 處，幫助505 傳輸出停機的訊號，進(jìn)而對機組構(gòu)成了良好的維護(hù)。

3.4 逆流保護(hù)系統(tǒng)

當(dāng)風(fēng)機出現(xiàn)喘振情況時便會產(chǎn)生逆流的情況，想要預(yù)防這一問題的出現(xiàn)，不但給機組布置了防止喘振的操控程序，此外，利用逆流維護(hù)程序來維護(hù)風(fēng)機的穩(wěn)固性，滿足了多重保護(hù)的成效。和過去的機組利用型號較小的歐姆龍PLC 構(gòu)成的程序比較，把其直接組合在了S7-400PLC 程序中。在產(chǎn)生逆流情況時，管控壓力的開關(guān)輸出單個開關(guān)量訊號到PLC,為了防止產(chǎn)生錯誤操控，在場地中收集三個喉差的差壓開關(guān)的訊號，傳輸?shù)絇LC 處，運用三選二的模式，在產(chǎn)生兩個動作訊號時，就可認(rèn)定產(chǎn)生了逆流，通過程序輸出單個訊號到停機系統(tǒng)中，另外還需要給到放風(fēng)閥的快開電磁閥失電的訊號，讓放風(fēng)閥能夠迅速開啟，維護(hù)機組的安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，得出以下結(jié)論：隨著控制技術(shù)的發(fā)展及其在冶金領(lǐng)域中廣泛的應(yīng)用，對汽輪鼓風(fēng)機控制提出了更高的要求，將PLC 技術(shù)應(yīng)用到汽輪鼓風(fēng)機系統(tǒng)控制中，提高機組的運行可靠性，提高機組的運行操作和自動化水平，已勢在必行。