高爐鼓風機自動控制系統研究與應用

徐震 朱建會

（萊蕪鋼鐵集團自動化部，萊蕪 271104）

前言

高爐鼓風機是高爐最重要的動力設備。它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動力。近年來使用大容量同步電動鼓風機。這種鼓風機耗電雖多，但啟動方便，易于維修，投資較少。鼓風機的運行狀態與企業的產量、效益、安全息息相關。鼓風機的自動控制及保護功能的控制效果在很大程度上決定了能否充分發揮鼓風機的潛能。5＃高爐鼓風機自動控制系統采用的是ABB公司的AC800F控制系統，該系統融傳統的DCS和PLC優點于一體并支持多種國際現場總線標準。它既具備DCS的復雜模擬回路調節能力、友好的人機界面(HMI)及方便的工程軟件，同時又具有與高檔PLC指標相當的高速邏輯和順序控制性能。

本文研究并開發了高爐鼓風機自動控制系統，經過長時間運行實踐，表明該系統運行穩定，為企業創造了良好效益。

1 設備組成

鼓風機機組由汽輪機系統、風機系統和油系統等部分組成。

1.1 汽輪機系統

從蒸汽母管來的蒸汽經自動主汽門、調速汽門后進入汽缸，使汽輪機高速旋轉。做功后的乏汽被冷凝成凝結水回到鍋爐中，完成由汽到水的轉化，完成了熱力循環。

1.2 風機系統

風機轉子由汽輪機帶動同步轉動，空氣經空氣過濾器過濾后進入風機中，風機對空氣做功進行壓縮，為高爐提供符合工藝要求的冷風；保證供風的穩定。

1.3 油系統

油系統包括兩大部分，動力油系統和潤滑油系統。它們由各自的油站和油路組成。

2 系統結構

系統網絡結構組成：底層是基于PROFIBUS-DP的現場級設備層控制系統；上一層是工業以太網。控制器配置成雙機熱備及冗余通信模式，即為系統配置了兩套控制器，平時正常運行時，一套處于運行狀態，另一套處于熱備狀態，一旦主控制器故障，則備用控制器能立刻投入運行，絲毫不影響系統的正常運行；為每套控制器也配置了兩套現場總線網絡，均處于工作狀態，一旦其中的一條網絡出現故障，則另一條網絡仍然能保證系統運行，絲毫不影響系統的正常運行，提高了整個系統的可靠性。現場采集的信號從站的I/O模板，在I/O模板中進行A/D轉換后，通過PROFIBUS總線送到控制器里，控制器根據編制的程序對信號進行處理，并且將處理后的數據通過標準工業以太網送到工程師/操作員站的監控畫面上進行參數顯示；操作員在監控畫面上啟停設備或調節閥門，這些數據就通過標準工業以太網送到控制器里，控制器根據程序處理后，將其通過Profibus總線送到從站，從站摸板進行D/A轉換后控制現場設備。

3 控制功能

3.1 儀控功能

主要實現數據的采集、顯示，并對一些重要參數進行PID調節，調節回路有兩種工作方式：自動模式和手動模式。

3.2 防喘控制

當鼓風機送風量減小，出口壓力升高時，鼓風機就容易出現喘振。根據工藝要求，采用了模擬加數字的控制方法，在調節范圍內，常規PID調節起作用，在緊急情況下，數字調節起作用，使風機的防喘閥迅速打開，解除緊急情況，調節框圖如下：

3.3 安全運行閉環控制

在機組運行過程中，當進風溫度高或由于出現逆流信號或手動轉入安全運行指令時，機組就自動進入安全運行，此時，防喘閥應全開，如果此時防喘閥出現故障，打不開，則會使機組進入喘振工況，并最終導致機組損壞，為了保護機組的安全，我們在此處采用了閉環控制，控制方法：當進入安全運行狀態后3秒，若防喘閥接近開關位置反饋信號和常規位置反饋信號都沒有檢測到全開，則報警儀上出現聲光報警“防喘閥故障”，并立即停機。

3.4 電氣設備切換

由于電氣設計及電氣元件的問題，在系統調試過程中，發現當設備控制由自動轉換到手動后，無法用手動按鈕停止設備，造成在緊急情況下，無法在現場立即停止設備，針對這個問題，我們在程序中采用了電氣延時技術，保證在切換到手動后，控制系統輸出的信號保持一定的時間，保證電氣設備無擾切換，提高了系統的可操作性。

3.5 盤車控制

盤車控制既可以在監控站進行又可以在現場操作的方式。在自動方式下，由操作人員在監控站進行盤車操作；在手動方式下，由操作人員在現場進行盤車操作。由于此設備的盤車裝置控制要求比較特殊，盤車電磁閥不是連續得電工作，而是通12秒斷15秒，如此循環往復，因此在設計手動操作回路時，設計了電氣時間繼電控制回路，保證了循環時間的實現。

3.6 逆流判斷和保護

對逆流判斷采用了三個喉差開關三選二的方式，控制測策略為若機組正常運行過程中，檢測到三個喉部壓差開關中有兩個同時低于報警設定值，則說明發生了逆流，機組立即轉入逆流保護,若只有一個喉差開關檢測到低于設定值，則系統正常運行，操作人員可對出現問題的信號進行適當的檢查，看是由于什么原因造成信號偏高，既保護了機組又防止了誤停機的發生。

結語

本文介紹了高爐鼓風機的設備組成和特點，研究并開發了高爐鼓風機自動控制系統。成功開發了儀控功能、防喘控制、安全運行閉環控制、安全運行閉環控制、電氣設備切換、盤車控制、逆流判斷和保護等功能。經過長時間運行實踐，表明該系統運行穩定，保證了生產的順利進行，為企業創造了良好效益。

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